Dans la famille des trous noirs, il existe plusieurs membres assez différents. Il y a tout d’abord les trous noirs stellaires, historiquement les premiers découverts (théoriquement) par les physiciens, puis (par l’observation) par les astronomes. Ils se forment suite à la mort d’une étoile dont la masse initiale dépasse 20 ou 40 fois celle du Soleil. Ces trous noirs stellaires font entre trois et dix masses solaires, car l’étoile qui les a formés a entre-temps perdu de la masse.
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Les trous noirs supermassifs vivent au centre des galaxies. Il s’agit de Gargantua allant de plusieurs millions à plusieurs milliards de masses solaires. Le mécanisme ayant conduit à leur formation reste un mystère, mais on observe qu’ils sont là, très nombreux et très massifs, dès les premiers jours de l’Univers. Sauf qu’on ne sait pas vraiment pourquoi. C’est l’une des grandes énigmes astrophysiques, objet d’une étude publiée sur arXiv.
Les trous noirs de masse intermédiaire sont le chaînon manquant entre les deux mentionnés ci-dessus. Ils mesurent entre 1 000 et 50 000 masses solaires – une fourchette encore à préciser – et pourraient exister dans des nuages moléculaires géants ou des amas globulaires, par exemple. De nombreux indices observationnels montrent qu’ils existent bel et bien.
Il existerait néanmoins une dernière catégorie : les trous noirs primordiaux. Encore insaisissables, ils sont théoriquement prédits depuis longtemps comme les trois autres. Durant la première seconde de l’Univers, les conditions étaient très différentes de celles d’aujourd’hui, alors excessivement chaudes et denses. L’Univers était entièrement baigné de rayonnement, bien qu’absolument opaque, et si l’on constatait ici et là de petites fluctuations de densité, alors la matière aurait pu s’effondrer en trous noirs de faible masse.
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Les plus petits donnent naissance aux plus gros monstres !
L’étude en question ici propose que ce sont précisément ces trous noirs primordiaux qui seraient les germes, ou graines, de trous noirs supermassifs. Il aurait suffi qu’ils fusionnent rapidement. Certes, ce n’est pas l’hypothèse de formation la plus courante, car on recherche plutôt des étoiles primitives, très massives (appelées Population III), ou d’immenses nuages de gaz capables de donner rapidement des masses gigantesques aux trous. des noirs supermassifs.
Néanmoins, cette hypothèse est très intéressante et relativement élégante, car elle permettrait d’expliquer pourquoi on ne voit plus aujourd’hui ces trous noirs primordiaux. Eh oui, ils ne seraient plus minuscules du tout, ayant potentiellement donné naissance aux plus gros monstres de l’Univers !
Il existe un moyen de tester cette hypothèse selon laquelle les trous noirs primordiaux seraient la graine des supermassifs
Tout cela est bien beau, mais une hypothèse scientifique sans moyen de la tester ne vaut pas grand-chose. En fait, les auteurs proposent un moyen bientôt accessible de tester leur modèle ! Si ces trous noirs primordiaux fusionnaient en si grand nombre, ils produisaient alors des ondes gravitationnelles. Et s’ils étaient d’une trentaine de masses solaires au début de l’Univers – hypothèse jugée plausible – alors un interféromètre laser comme le télescope Einstein, un projet de type Ligo, mais avec des bras de 10 km de long au lieu de 4 km, serait capable pour détecter ces ondes gravitationnelles résiduelles.
Ce serait un retour à l’Histoire opportun si l’énigme de la formation des trous noirs supermassifs était résolue grâce à un télescope nommé Einstein, dont les équations révélaient l’existence de trous noirs et d’ondes gravitationnelles !
