De nouvelles recherches suggèrent que nous pourrons bientôt tester l’une des théories les plus controversées de Stephen Hawking.
Dans les années 1970, Hawking a suggéré que matière noire, la matière invisible qui compose la majeure partie de la matière dans l’univers, peut être constituée de trous noirs Formé dans les premiers instants de la grande explosion.
Aujourd’hui, trois astronomes ont développé une théorie qui explique non seulement l’existence de la matière noire, mais aussi l’apparition des plus grands trous noirs de l’univers.
« Ce que je trouve personnellement très excitant à propos de cette idée, c’est la façon dont elle unit élégamment les deux problèmes difficiles sur lesquels je travaille – enquêter sur la nature de la matière noire et la formation et la croissance des trous noirs – et les résoudre d’un seul coup », co -auteur Priamvada Natarajan, astrophysicien de l’Université de Yale, Il a dit dans un communiqué. De plus, plusieurs nouveaux instruments – dont le télescope spatial James Webb qui vient d’être lancé – pourraient produire les données nécessaires pour enfin évaluer la célèbre idée de Hawking.
à propos de: Les idées les plus complètes de Stephen Hawking sur les trous noirs
Les trous noirs depuis le début
La matière noire représente plus de 80% de toute la matière dans l’univers, mais elle n’interagit en aucune façon directement avec la lumière. Il flotte simplement en étant énorme, ce qui affecte mon la gravité au sein des galaxies.
Il est tentant de penser que les trous noirs pourraient être responsables de ces choses insaisissables. Après tout, les trous noirs sont réputés sombres, donc remplir la galaxie de trous noirs pourrait théoriquement expliquer toutes les observations de matière noire.
Malheureusement, dans l’univers moderne, les trous noirs ne se forment qu’après la mort d’étoiles massives, puis s’effondrent sous le poids de leur propre gravité. Donc, faire des trous noirs nécessiterait de nombreuses étoiles – ce qui nécessiterait un ensemble de matière normale. Les scientifiques connaissent la quantité de matière naturelle dans l’univers à partir des calculs de l’univers primitif, où c’était le premier. hydrogène Et hélium formé. Il n’y a tout simplement pas assez de matière naturelle pour produire toute la matière noire observée par les astronomes.
géants endormis
C’est là qu’intervient Hawking. En 1971, il a suggéré que des trous noirs se sont formés dans un environnement chaotique dans les premiers instants du Big Bang. Là, des poches de matière pourraient spontanément atteindre les densités nécessaires pour former des trous noirs, inondant l’univers avec eux avant que les premières étoiles ne scintillent. Hawking a suggéré que ces trous noirs « primitifs » pourraient être responsables de la matière noire. Alors que l’idée était intrigante, la plupart des astrophysiciens se sont plutôt concentrés sur la recherche d’une nouvelle particule subatomique pour expliquer la matière noire.
De plus, les modèles de formation de trous noirs primordiaux ont rencontré des problèmes d’observation. Si trop se sont formés dans l’univers primitif, ils ont changé l’image du rayonnement résiduel de l’univers primitif, connu sous le nom de fond diffus cosmologique (CMB). Cela signifie que la théorie ne fonctionne que lorsque le nombre et la taille des anciens trous noirs sont quelque peu limités, ou qu’ils entrent en conflit avec les mesures du rayonnement CMB. .
L’idée a été relancée en 2015 lorsque l’Observatoire des ondes gravitationnelles par interféromètre laser a découvert la première paire de trous noirs en collision. Les trous noirs étaient beaucoup plus gros que prévu, et une façon d’expliquer leur grande masse était de dire qu’ils se sont formés dans l’univers primitif, pas dans le cœur d’étoiles mourantes.
solution simple
Dans les dernières recherches, Natarajan et Niko Capilotti de l’Université de Miami et Gunther Hasinger de l’Agence spatiale européenne plongent profondément dans la théorie des trous noirs primordiaux, explorant comment ils expliquent la matière noire et résolvent éventuellement d’autres défis cosmiques.
Pour réussir les tests d’observation actuels, les trous noirs primordiaux doivent se situer dans une certaine plage de masse. Dans le nouveau travail, les chercheurs ont émis l’hypothèse que les trous noirs primordiaux avaient une masse d’environ 1,4 fois la masse du Soleil. Ils ont construit un modèle de l’univers qui a remplacé toute la matière noire par ces trous noirs assez légers, puis ont recherché des preuves d’observation qui pourraient valider (ou exclure) le modèle.
L’équipe a découvert que les trous noirs primordiaux pourraient jouer un rôle majeur dans l’univers en semant les premières étoiles, les premières galaxies et les trous noirs supermassifs (SMBH). Les observations indiquent que les étoiles, les galaxies et les SMBH apparaissent trop rapidement dans l’histoire cosmique, peut-être trop rapidement pour être expliqués par les processus de formation et de croissance que nous observons dans l’univers actuel.
Les trous noirs primordiaux, s’il y en a, pourraient être les graines à partir desquelles tous les trous noirs supermassifs, y compris ceux situés au centre de Voie Lactéedit Natarajan.
La théorie est simple et ne nécessite pas un jardin de nouvelles particules pour expliquer la matière noire.
« Notre étude montre que sans introduire de nouvelles particules ou une nouvelle physique, nous pouvons résoudre les mystères de la cosmologie moderne de la nature de la matière noire elle-même à l’origine des trous noirs supermassifs », a déclaré Cappellotti dans le communiqué.
Jusqu’à présent, cette idée n’est qu’un prototype, mais elle pourra être testée assez rapidement. Le télescope spatial James Webb, lancé le jour de Noël après des années de retard, a été spécialement conçu pour répondre aux questions sur l’origine des étoiles et des galaxies. Et la prochaine génération de détecteurs d’ondes gravitationnelles, en particulier l’antenne spatiale interférométrique laser (LISA), est prête à détecter davantage les trous noirs, y compris les trous primordiaux s’ils existent.
Ensemble, les deux observatoires devraient fournir aux astronomes suffisamment d’informations pour reconstituer l’histoire des premières étoiles et éventuellement les origines de la matière noire.
« C’était irrésistible d’explorer cette idée en profondeur, sachant qu’elle a le potentiel de la valider assez rapidement », a déclaré Natarajan.
Publié à l’origine sur Live Science.
