Toute la matière noire de l’univers est-elle constituée de trous noirs primordiaux ?

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Dans un nouvel article publié dans la revue Physical Review Lettersune équipe internationale de physiciens théoriques a décrit un scénario de formation de trous noirs primordiaux à partir de bulles de vide dans l’Univers primitif et a discuté de sa réalisation intrigante qui peut naturellement expliquer toute la matière noire.

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Les “bébés univers” issus de notre Univers peu après le Big Bang apparaissent comme des trous noirs. Crédit image : Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l’Univers.

Les trous noirs primordiaux sont des objets hypothétiques compacts qui se sont formés dans l’Univers primitif avant toute galaxie et toute étoile.

Ils sont un candidat viable pour la matière noire, la matière manquante qui, selon les astrophysiciens, constitue 85% de l’Univers.

Proposés pour la première fois il y a plusieurs décennies, ces objets compacts pourraient jouer un rôle central dans une variété de phénomènes astrophysiques, tels que les progéniteurs d’ondes gravitationnelles et les graines pour la formation de trous noirs supermassifs.

Ils pourraient également jouer un rôle dans la synthèse des éléments lourds lorsqu’ils entrent en collision avec des étoiles à neutrons et les détruisent en libérant de la matière riche en neutrons.

Dans ce nouvel article, le Dr Alexander Kusenko, de l’Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l’univers et de l’Université de Californie à Los Angeles, et ses collègues du Japon, des États-Unis et de Taïwan ont décrit un scénario “multivers” de formation de trous noirs primordiaux.

“L’Univers primitif était si dense que toute fluctuation positive de la densité de plus de 50% créerait un trou noir”, ont-ils expliqué.

“Cependant, les perturbations cosmologiques qui ont ensemencé les galaxies sont connues pour être beaucoup plus petites. Néanmoins, un certain nombre de processus dans l’Univers primitif pourraient avoir créé les conditions favorables à la formation des trous noirs.”

“Une possibilité excitante est que les trous noirs primordiaux pourraient se former à partir des “bébés univers” créés pendant l’inflation, une période d’expansion rapide qui serait responsable de l’ensemencement des structures que nous observons aujourd’hui, comme les galaxies et les amas de galaxies.”

“Pendant l’inflation, des bébés univers peuvent se ramifier à partir de notre Univers. Un petit bébé univers (ou ‘fille’) finirait par s’effondrer, mais la grande quantité d’énergie libérée dans le petit volume provoque la formation d’un trou noir.”

“Un destin encore plus particulier attend un bébé univers plus grand. S’il est plus grand qu’une certaine taille critique, la théorie de la gravité d’Einstein permet au bébé univers d’exister dans un état qui semble différent pour un observateur à l’intérieur et à l’extérieur.”

“Un observateur intérieur le voit comme un univers en expansion, tandis qu’un observateur extérieur le voit comme un trou noir.”

“Dans un cas comme dans l’autre, le grand et le petit bébé univers sont vus par nous comme des trous noirs primordiaux, qui dissimulent la structure sous-jacente d’univers multiples derrière leurs horizons événementiels.”

Le Dr Kusenko et ses co-auteurs ont également montré que les trous noirs primordiaux peuvent être détectés à l’aide de la Hyper Suprime-Cam (HSC) du télescope Subaru de 8,2 mètres.

“Nous démontrons à l’aide d’études numériques que les futures observations de HSC, ainsi que d’autres enquêtes optiques, telles que l’Observatoire Vera C. Rubin, seront en mesure de fournir un test définitif pour ce mécanisme générique de formation de trous noirs primordiaux s’il s’agit de la source dominante de matière noire”, ont-ils déclaré.

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