Après avoir étudié des centaines d’étoiles explosives récemment découvertes, les physiciens ont conclu qu’il est peu probable qu’il existe un nombre suffisant de trous noirs primordiaux pour expliquer le phénomène de la matière noire.
Cela ne signifie pas que la catégorie de matière appelée ” objets massifs compacts du halo” (MACHO) ne peut pas contribuer aux 84 % de la masse de l’Univers qui ne sont pas visibles. Mais cela signifie que nous devons continuer à chercher ailleurs une explication complète.
Des chercheurs de l’université de Californie à Berkeley ont effectué une analyse statistique des supernovae de type Ia les plus brillantes découvertes au cours des quatre dernières années, à la recherche de signes de distorsion.
Les supernovae ont traditionnellement été utilisées comme repères galactiques, car on peut calculer leur luminosité absolue à partir de quelques caractéristiques de base, ce qui donne une idée claire de leur distance.
En théorie, s’il existe des concentrations cachées de masse entre nous et une étoile en explosion, sa lumière devrait se déformer ou s’amplifier d’une manière que nous pouvons détecter.
Ce type de lentille gravitationnelle a été utilisé de manière étonnante ces dernières années, permettant aux astronomes de scruter encore plus loin les confins de l’Univers.
Dans le cas présent, les chercheurs étaient à la recherche de signes d’un type très particulier de masse cachée, les trous noirs primordiaux. Plus précisément, des trous noirs compacts dont la masse est supérieure à un dixième de celle de notre Soleil.
Les trous noirs sont des choses que la plupart d’entre nous connaissent bien. Il suffit d’entasser suffisamment de choses dans un espace suffisamment petit pour qu’à un moment donné, la gravité se concentre au point que même la lumière n’aura pas la vitesse nécessaire pour s’échapper.
Le trou noir moyen est généralement le résultat de l’effondrement d’une étoile lourde sur elle-même après qu’elle a perdu la chaleur nécessaire pour rester gonflée, mais les trous noirs primordiaux sont différents. Ils sont le résultat d’une poussée de croissance précoce dans l’Univers.
Juste après le Big Bang, des différences insignifiantes dans la concentration d’énergie sont rapidement devenues des différences importantes à grande échelle, entraînant l’effondrement de poches de matière éparpillées dans l’espace.
Pour l’instant, elles sont théoriques. Personne n’a de preuve empirique de leur existence, nous pouvons donc les ranger dans la case “belle idée” pour l’instant.
En 2016, après la deuxième détection réussie d’ondes gravitationnelles par l’observatoire d’ondes gravitationnelles LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory), certains chercheurs se sont demandé s’ils avaient trouvé un signe de ces anciens trous noirs.
La signature de l’onde pointait vers des objets qui s’alignaient avec la variété primordiale. Certains astronomes ont suggéré qu’ils pourraient être responsables de la quantité excessive de gravité qui maintient ensemble de vastes étendues d’étoiles et de poussière.
“C’était une coïncidence intéressante qui a excité tout le monde”, déclare Uroš Seljak, physicien de l’UC Berkeley.
Mais il semble que ce ne soit qu’une coïncidence.
Les physiciens de Berkeley ont examiné les supernovae de deux catalogues : 580 de la collection Union 2.1 du Supernova Cosmology Project et 740 étoiles de la Joint Light-Curve Analysis.
Parmi toutes ces étoiles, huit auraient dû être un peu plus brillantes que prévu si des trous noirs primordiaux de plus de 0,1 masse solaire étaient à l’origine de l’attraction mystérieuse de la matière noire.
Aucun éclaircissement de ce type n’a été constaté lorsque les données de toutes les étoiles ont été regroupées, ce qui signifie que si de tels objets existent vraiment, ils ne peuvent expliquer plus de 40 % de l’histoire de la matière noire.
Bien sûr, il n’y a aucune raison pour que la matière noire ne comprenne pas un mélange d’éléments invisibles. Mais cela rendrait les modèles beaucoup plus compliqués.
“Je peux imaginer qu’il s’agisse de deux types de trous noirs, très lourds et très légers, ou de trous noirs et d’une nouvelle particule”, explique l’auteur principal, Miguel Zumalacárregui, du Centre de physique cosmologique de Berkeley
“Mais dans ce cas, l’un des composants est de plusieurs ordres de grandeur plus lourd que l’autre, et ils doivent être produits en abondance comparable.”
La façon exacte dont cela se produirait serait incroyablement difficile à expliquer, ce qui signifie que la théorie du “modèle mixte” n’est pas exactement une proposition attrayante à ce stade.
Une étude non encore publiée de la même équipe, portant sur des centaines d’autres étoiles, réduit encore davantage le rôle potentiel des trous noirs primordiaux, à moins de 23 %.
Si vous êtes un fan inconditionnel du modèle MACHO de la matière noire, nous ne pouvons pas vous dire de perdre tout espoir, mais les chances ne sont pas en votre faveur.
Cette recherche a été publiée dans Physical Review Letters.