La théorie classique de la formation des trous noirs semble avoir du mal à expliquer comment ces derniers peuvent fusionner pour donner naissance à des trous noirs encore plus massifs, une observation pourtant vérifiée grâce aux détecteurs LIGO. Une hypothèse suggère qu’ils pourraient s’être formés aux origines de l’univers. Ainsi, si leur nombre est suffisant, ils pourraient potentiellement contribuer à l’explication de la matière noire. Récemment, une équipe de chercheurs a tenté de détecter des événements de microlentille gravitationnelle provenant de trous noirs dans la Petite Nuage de Magellan, mais n’a pas trouvé de preuves suffisantes pour justifier leur contribution à la matière noire.
Selon la théorie classique, les trous noirs se forment à partir des restes d’étoiles massives ayant atteint la fin de leur cycle de vie après avoir épuisé leur carburant. Lorsqu’une étoile ayant une masse supérieure à environ 20 fois celle du Soleil arrive à cette étape, elle explose en supernova, éjectant la majeure partie de ses couches externes dans l’espace.
Le noyau restant, ne bénéficiant plus du soutien de la pression de la fusion nucléaire, s’effondre sous sa propre gravité. Si la masse du noyau est suffisante, typiquement plusieurs fois celle du Soleil, il continuera à s’effondrer en une singularité — un point d’une densité infinie exerçant une force gravitationnelle extrêmement forte. Ce processus engendre un trou noir, défini par un horizon d’événement, une limite au-delà de laquelle rien, pas même la lumière, ne peut échapper à sa gravité.
Ce schéma de formation des trous noirs est largement accepté. Cependant, de récentes observations menées par des détecteurs d’ondes gravitationnelles ont mis en évidence certains trous noirs massifs qui diffèrent grandement de ceux observés dans notre galaxie, la Voie lactée. Une explication possible est qu’ils se soient formés à partir de fluctuations de densité survenues lors d’une période antérieure de l’histoire de l’univers. Ces trous noirs, appelés « trous noirs primitifs », pourraient même représenter une part significative de la matière noire. En effet, ils pourraient expliquer jusqu’à 100 % des taux de fusion de trous noirs observés. S’ils se trouvaient dans l’halo de matière noire de la Voie lactée, ils devraient être détectables par des événements de microlentille gravitationnelle.
Les études antérieures n’ont pas réussi à identifier de tels événements, mais l’équipe de chercheurs estime que les outils d’observation n’étaient pas assez sensibles. Le rapport, rédigé par Przemek Mroz de l’Université de Varsovie et son équipe, présente les résultats d’événements de microlentille de longue durée (étendant parfois sur des semaines, voire des années) dans la Petite Nuage de Magellan, observés sur une période de 20 ans grâce à l’expérience OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), qui a débuté en 1992. Cette étude de longue haleine vise à détecter des événements de microlentille ainsi qu’à observer des phénomènes variables tels que des étoiles variables et des supernovae. Elle est basée à l’Observatoire de Las Campanas au Chili, utilisant un télescope de 1,3 mètre pour surveiller des sections du ciel.
Après avoir analysé 20 ans de données, les chercheurs n’ont trouvé aucun événement se déroulant sur des échelles de temps supérieures à un an. Des événements de plus courte durée ont été identifiés, mais sont plus probablement dus à des phénomènes stellaires qu’à des trous noirs primitifs supermassifs (TPB). Ainsi, ils concluent que les TPB d’une masse allant jusqu’à 6,3 millions de masses solaires ne peuvent représenter plus de 1 % de la matière noire. Quant à ceux pouvant atteindre jusqu’à 860 millions de masses solaires, ils ne peuvent constituer plus de 10 % de la matière noire. L’évidence conclut donc que les TPB, basés sur les observations dans la Petite Nuage de Magellan, ne peuvent pas expliquer une fraction significative de la matière noire.
Bon à savoir
- Les trous noirs peuvent être classifiés en based sur leur masse : les trous noirs stellaires, supermassifs et primitifs.
- Des études suggèrent que la fusion de trous noirs pourrait jouer un rôle crucial dans l’évolution de galaxies.
- Les événements de microlentille gravitationnelle sont des phénomènes observables lorsque la lumière d’une étoile est déformée par la gravité d’un objet massif.
En somme, la compréhension des trous noirs et de leur impact sur la matière noire demeure un domaine d’investigation fascinant. Cela soulève des questions essentielles sur la nature de l’univers et incite à réfléchir sur notre place dans celui-ci. Ces découvertes scientifiques ouvrent la porte à de nouvelles théories, et nous rappelle que nous avons encore beaucoup à apprendre sur les mystères de l’univers.
Cet article nous rappelle à quel point les mystères de l’univers sont vastes. C’est fascinant de penser aux trous noirs et à leur rôle potentiel dans la matière noire.