Les scientifiques sont entrés dans l’histoire en détectant les ondes gravitationnelles pour la deuxième fois cette semaine, après avoir capté les minuscules vibrations qui se propagent dans l’espace suite à la collision d’un trou noir il y a 1,4 milliard d’années.
Mais comme si cela n’était pas assez impressionnant, les physiciens pensent maintenant que nous pourrions avoir accidentellement découvert quelque chose d’aussi énorme au même moment… la matière noire.
On estime que la matière noire représente environ 26 % de la masse et de l’énergie de l’univers observable. Mais bien que nous puissions détecter la force gravitationnelle exercée par ce mystérieux type de matière, elle ne semble émettre aucune forme de lumière ou de rayonnement que nous puissions capter – d’où le terme “sombre”.
Mais vient-on d’en détecter la preuve pour la première fois ? Après avoir analysé les signaux d’ondes gravitationnelles captés par l’observatoire d’ondes gravitationnelles LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) le 26 décembre 2015 – et les trous noirs – ou trous noirs binaires – pourraient en fait être de la matière noire. annoncée au public cette semaine – une équipe de chercheurs américains a émis l’hypothèse que cette paire de trous noirs binaires pourrait être de la matière noire
“Nous envisageons la possibilité que le trou noir binaire détecté par LIGO puisse être une signature de la matière noire”, ont écrit les chercheurs de l’université Johns Hopkins dans Physical Review Letters.
Cette idée peut sembler un peu farfelue, mais ils ne sont pas les premiers à la proposer. Le mois dernier, un scientifique de la NASA a publié un article suggérant que les trous noirs primordiaux – les trous noirs qui sont apparus une fraction de seconde après la naissance de l’Univers – pourraient en fait être la “matière noire” que nous pouvons sentir mais pas voir dans l’Univers qui nous entoure.
Pour replacer cela dans son contexte, les scientifiques ont supposé pendant des décennies que la matière noire devait être une sorte de mystérieuse particule de masse élevée ou axion que nous pouvons sentir mais pas voir, cachée dans l’Univers.
Ces dernières années, la détection de ces particules mystérieuses s’est considérablement améliorée, notamment grâce aux progrès réalisés avec le Grand collisionneur de hadrons, et pourtant, les expériences successives n’ont révélé aucun signe de ces hypothétiques particules de matière noire.
Au lieu de cela, les scientifiques commencent maintenant à se pencher sur la distribution inégale de la masse dans l’Univers primitif – qui a toujours été supposée être le résultat de particules de matière noire – et à envisager la possibilité qu’elle ait pu être causée par des trous noirs primordiaux.
“Ces études fournissent des résultats de plus en plus sensibles, réduisant lentement la boîte de paramètres où les particules de matière noire peuvent se cacher”, a déclaré le chercheur principal de l’article du mois dernier, Alexander Kashlinsky. “L’incapacité à les trouver a suscité un regain d’intérêt pour l’étude de la capacité des trous noirs primordiaux – trous noirs formés dans la première fraction de seconde de l’Univers – à fonctionner comme matière noire.”
Jusqu’à présent, les recherches suggèrent que les trous noirs primordiaux pourraient tout à fait convenir comme matière noire. Mais quel est le rapport entre LIGO et tout cela ?
Eh bien, la masse d’un trou noir se mesure en termes de multiples de notre Soleil, et à partir des ondes gravitationnelles détectées, les chercheurs ont calculé que les deux trous noirs qui ont fusionné avaient 36 et 29 masses solaires.
C’est énorme – si énorme en fait que cela ne correspond pas à notre compréhension des trous noirs stellaires ordinaires, qui se forment lorsque les étoiles s’effondrent. Mais ils ne sont pas non plus assez gros pour correspondre aux prédictions concernant la taille des trous noirs supermassifs au centre des galaxies.
En revanche, ils correspondent aux prévisions relatives aux trous noirs primordiaux, ce qui a conduit les chercheurs à envisager la possibilité que ces premiers trous noirs soient ceux que LIGO a détectés en train de se frapper les uns contre les autres. Il est intéressant de noter que les trous noirs mesurés correspondent également aux prédictions de masse de la matière noire, ce qui constitue une preuve très provisoire que les trous noirs primordiaux pourraient être des candidats à la matière noire.
Les trous noirs primordiaux sont différents des trous noirs stellaires, non seulement en raison de leur âge, mais aussi parce qu’ils se sont formés à partir de l’effondrement de grandes plaques de gaz lors de la naissance de l’Univers. Leur existence n’a jamais été réellement confirmée, mais d’après tout ce que nous savons, ils pourraient expliquer les effets de ce que nous considérons comme la matière noire.
L’équipe de Johns Hopkins est allée plus loin et a calculé, sur la base de leur taille et de leur forme, la fréquence à laquelle ces trous noirs primordiaux formeraient des paires binaires et finiraient par entrer en collision. Et leurs résultats suggèrent qu’il est probable que ce que LIGO a détecté était effectivement une fusion de trous noirs primordiaux.
Il est encore trop tôt pour affirmer que les trous noirs primordiaux sont de la matière noire, mais les preuves s’accumulent lentement et les futures observations d’ondes gravitationnelles seront cruciales pour en savoir plus.
“Nous ne proposons pas que ce soit la matière noire”, a déclaré l’un des chercheurs, Marc Kamionkowski. “Nous n’allons pas parier la maison. C’est un argument de plausibilité”
Mais il a ajouté que l’idée a “beaucoup de potentiel “.
“[L’idée] que la découverte d’ondes gravitationnelles pourrait être liée à la matière noire” a enthousiasmé la communauté des astrophysiciens, a ajouté l’un des chercheurs, Ely D. Kovetz.
Nous restons sceptiques pour l’instant, car les scientifiques ont déjà eu une “fausse alerte” à la matière noire cette année, qui a été rapidement démentie – et il semble que nous soyons bien meilleurs pour éliminer les candidats à la matière noire que pour les étayer. Mais c’est une hypothèse que nous suivrons de près dans les mois à venir.
Crédit image : S.Ossokine et A. Buonanno, Institut Max Planck de physique gravitationnelle, et le projet Simulating eXtreme Spacetime (SXS). Visualisation scientifique par T. Dietrich et R. Haas, Institut Max Planck de physique gravitationnelle.