Qu'est-ce que la matière noire? Comment les trous noirs supermassifs apparaissent-ils réellement? Cette vieille question peut être répondue par des trous noirs primordiaux. Des cosmologistes de Leyde et de Chine ont identifié une nouvelle manière par laquelle ces objets hypothétiques pourraient naître immédiatement après le Big Bang. Leur travail a été publié dans Physical Review Letters.
Les scientifiques sont confrontés à de grands mystères dans leur quête pour comprendre l'univers. Par exemple, les étoiles se déplacent dans les galaxies comme si elles avaient cinq fois plus de masse que ce que nous voyons. Que comprend cette matière noire? Il y a un autre mystère: les galaxies alimentent d'énormes trous noirs dans leurs noyaux pesant des millions de masses solaires. Dans les jeunes galaxies, les étoiles qui s'effondrent n'auraient pas eu assez de temps pour se développer autant. Comment ces trous noirs supermassifs se sont-ils alors formés?
Trous noirs primordiaux: la réponse tant attendue?
Les cosmologistes ont proposé une solution hypothétique qui résoudrait l'un des deux mystères. Les trous noirs primordiaux, apparus peu de temps après le Big Bang, ont la capacité de rester minuscules ou de gagner rapidement de la masse. Dans le premier cas, ils conviennent au rôle de matière noire. Dans le second cas, ils peuvent devenir des germes de trous noirs supermassifs. Le cosmologiste Dong-Gang Won de l'Université de Leiden et ses collègues chinois Yi-Fu Kai, Ji Tong et Sheng-Feng Yang de l'Université de Chine ont décrit une nouvelle façon dont les trous noirs primordiaux pourraient apparaître pendant le Big Bang.
Après le Big Bang, l'univers contenait de petites perturbations de densité causées par des fluctuations quantiques aléatoires. Ils sont suffisamment grands pour former des étoiles et des galaxies, mais trop petits pour devenir à eux seuls des trous noirs primordiaux. Vaughn et ses collègues ont identifié un nouvel effet de résonance qui rend possible les trous noirs primordiaux en amplifiant sélectivement certaines perturbations. Cela conduit à la prédiction que tous les trous noirs primordiaux devraient avoir approximativement la même masse. Les pics étroits de la figure montrent la gamme des masses possibles dues à la résonance.
«D'autres calculs augmentent l'indignation différemment mais se heurtent à des problèmes», dit Vaughn. «Nous utilisons la résonance pendant l'inflation, lorsque l'univers augmentait de façon exponentielle juste après le Big Bang. Nos calculs sont assez simples pour travailler avec. En réalité, le mécanisme est peut-être plus compliqué, mais c'est au moins le début."
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Ilya Khel
