Les astronomes ont découvert des trous noirs allant de quelques fois la masse du Soleil à des dizaines de milliards. Aujourd’hui, un groupe de scientifiques a prédit que le télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA pourrait détecter une classe de trous noirs « poids plume » qui ont jusqu’à présent échappé à la détection.
Aujourd’hui, les trous noirs se forment soit lors de l’effondrement d’une étoile massive, soit lors de la fusion d’objets lourds. Cependant, les scientifiques soupçonnent que des trous noirs « primordiaux » plus petits, dont certains avec des masses similaires à celle de la Terre, auraient pu se former dans les premiers moments chaotiques du premier univers.
“Détecter une population de trous noirs primordiaux de masse terrestre serait une étape incroyable à la fois pour l’astronomie et la physique des particules, car ces objets ne peuvent être formés par aucun processus physique connu”, a déclaré William DeRocco, chercheur postdoctoral à l’Université de Californie à Santa. Cruz qui a mené une étude sur la façon dont Roman pourrait les révéler. Un article décrivant les résultats a été publié dans la revue Physical Review D. « Si nous les trouvons, cela bouleversera le domaine de la physique théorique. »
Recette du trou noir primordial
Les plus petits trous noirs qui se forment aujourd’hui naissent lorsqu’une étoile massive manque de carburant. Sa pression vers l’extérieur diminue à mesure que la fusion nucléaire s’atténue, de sorte que l’attraction gravitationnelle vers l’intérieur remporte la lutte acharnée. L’étoile se contracte et peut devenir si dense qu’elle devient un trou noir.
Mais il y a une masse minimale requise : au moins huit fois celle de notre Soleil. Les étoiles plus légères deviendront soit des naines blanches, soit des étoiles à neutrons.
Cependant, les conditions du tout premier univers auraient pu permettre la formation de trous noirs beaucoup plus légers. Celui qui pèse la masse de la Terre aurait un horizon des événements –– le point de non-retour pour les objets tombant –– à peu près aussi large qu’une pièce de dix cents américains.
Au moment même de la naissance de l’univers, les scientifiques pensent qu’il a connu une phase brève mais intense connue sous le nom d’inflation, au cours de laquelle l’espace s’est étendu plus rapidement que la vitesse de la lumière. Dans ces conditions particulières, des zones plus denses que leur environnement pourraient s’être effondrées pour former des trous noirs primordiaux de faible masse.
Alors que la théorie prédit que les plus petits devraient s’évaporer avant que l’univers n’atteigne son âge actuel, ceux dont la masse est similaire à celle de la Terre auraient pu survivre.
La découverte de ces minuscules objets aurait un impact énorme sur la physique et l’astronomie.
“Cela affecterait tout, de la formation des galaxies au contenu de matière noire de l’univers en passant par l’histoire cosmique”, a déclaré Kailash Sahu, astronome au Space Telescope Science Institute de Baltimore, qui n’a pas participé à l’étude. “Confirmer leur identité sera un travail difficile et les astronomes auront besoin de beaucoup d’efforts pour les convaincre, mais cela en vaudrait la peine.”
Conseils sur les colons cachés
Les observations ont déjà révélé des indices selon lesquels de tels objets pourraient se cacher dans notre galaxie. Les trous noirs primordiaux seraient invisibles, mais les rides de l’espace-temps ont permis d’identifier certains suspects possibles.
La microlentille est un effet d’observation qui se produit parce que la présence d’une masse déforme le tissu de l’espace-temps, comme l’empreinte qu’une boule de bowling laisse lorsqu’elle est placée sur un trampoline. Chaque fois qu’un objet intermédiaire semble dériver près d’une étoile d’arrière-plan depuis notre point d’observation, la lumière de l’étoile doit traverser l’espace-temps déformé autour de l’objet. Si l’alignement est particulièrement proche, l’objet peut agir comme une lentille naturelle, focalisant et amplifiant la lumière de l’étoile d’arrière-plan.
Des groupes distincts d’astronomes utilisant les données de MOA (Microlensing Observations in Astrophysics) – une collaboration qui effectue des observations par microlentille à l’aide de l’observatoire de l’Université Mount John en Nouvelle-Zélande – et d’OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) ont découvert une population étonnamment importante d’astronomes isolés. Objets de masse terrestre.
Les théories de la formation et de l’évolution des planètes prédisent certaines masses et abondances de planètes voyou – des mondes parcourant la galaxie sans lien avec une étoile. Les observations MOA et OGLE suggèrent qu’il y a plus d’objets de masse terrestre dérivant à travers la galaxie que ne le prédisent les modèles.
“Il n’y a aucun moyen de distinguer les trous noirs de masse terrestre des planètes voyou au cas par cas”, a déclaré DeRocco. Mais les scientifiques s’attendent à ce que Roman trouve 10 fois plus d’objets dans cette plage de masse que les télescopes au sol. “Roman sera extrêmement puissant pour différencier statistiquement les deux.”
DeRocco a dirigé un effort visant à déterminer combien de planètes voyou devraient se trouver dans cette plage de masse et combien de trous noirs primordiaux Roman pouvait discerner parmi elles.
La découverte de trous noirs primordiaux révélerait de nouvelles informations sur les tout premiers univers et suggérerait fortement qu’une première période d’inflation s’est effectivement produite. Cela pourrait également expliquer un petit pourcentage de la mystérieuse matière noire qui, selon les scientifiques, constitue la majeure partie de la masse de notre univers, mais qu’ils n’ont pas pu identifier jusqu’à présent.
“C’est un exemple passionnant de quelque chose que des scientifiques supplémentaires pourraient faire avec les données que Roman va déjà obtenir lors de sa recherche de planètes”, a déclaré Sahu. « Et les résultats sont intéressants, que les scientifiques trouvent ou non la preuve de l’existence de trous noirs de masse terrestre. Dans les deux cas, cela renforcerait notre compréhension de l’univers.
Le télescope spatial romain Nancy Grace est géré au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, avec la participation du Jet Propulsion Laboratory de la NASA et de Caltech/IPAC en Californie du Sud, du Space Telescope Science Institute de Baltimore et d’une équipe scientifique comprenant des scientifiques de divers les établissements de recherche. Les principaux partenaires industriels sont BAE Systems, Inc à Boulder, Colorado ; L3Harris Technologies à Rochester, New York ; et Teledyne Scientific & Imaging à Thousand Oaks, en Californie.
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Par Ashley Balzer
Centre de vol spatial Goddard de la NASACeinture de verdure, Maryland.
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