L'une des théories les plus célèbres de Stephen Hawking sur la matière noire - que cette substance mystérieuse et invisible est composée de trous noirs primordiaux - a récemment subi un énorme coup. Cette conclusion vient d'un télescope massif qui a capturé une image d'une galaxie entière en un seul coup.
Les résultats n'excluent pas complètement la célèbre notion de Stephen Hawking. Mais ils suggèrent que les trous noirs primordiaux devraient être vraiment minuscules pour expliquer la matière noire.
Mystère de la matière noire
La matière noire est le nom donné par les physiciens pour expliquer un phénomène particulièrement mystérieux: tout dans l'univers bouge, orbite et tourne comme s'il y avait plus de masse que nous ne pouvons en détecter. Les explications de la matière noire vont des particules fantomatiques appelées neutrinos aux particules inconnues, aux nouvelles lois de la physique. Dans les années 1970, Stephen Hawking et ses collègues ont émis l'hypothèse que le Big Bang pouvait avoir créé un grand nombre de trous noirs relativement petits - chacun de la taille d'un proton. Ces minuscules trous noirs anciens seraient difficiles à voir, mais exerceraient une grande attraction gravitationnelle sur d'autres objets - les deux propriétés connues de la matière noire.
Les trous noirs n'émettent pas de lumière, cependant, les trous noirs supermassifs, comme celui au cœur de la galaxie Messier 87, sont bordés de disques lumineux de matière chaude. Les trous noirs primordiaux, cependant, sont des milliards de fois plus petits et n'ont aucune matière visible et brillante qui les entoure. Au lieu de cela, rechercher de petits trous noirs signifie rechercher des endroits où leurs puissants champs gravitationnels courbent la lumière - un phénomène appelé microlentille.
Les télescopes trouvent des trous noirs de microlentille en prenant de nombreuses photos différentes d'une étoile au fil du temps. Un trou noir passant devant cette étoile déformera sa lumière, la faisant clignoter; plus le trou noir est petit, plus le flash est rapide. "Si un objet de microlentille a, disons une masse solaire", a déclaré Takada à Live Science, se référant à la masse du soleil, "l'échelle de temps est comme quelques mois ou un an." Mais les trous noirs primordiaux qu'ils recherchaient n'avaient qu'une petite fraction de cette masse, approximativement la masse de la lune. Cela signifie que leurs flashs seraient beaucoup plus courts. Le HSC est "unique", a déclaré Takada, en ce sens qu'il leur a permis de prendre des images de toutes les étoiles de la galaxie d'Andromède à la fois, à des intervalles d'exposition à couper le souffle (pour les astronomes) - chaque intervalle ne faisait que 2 minutes.
Takada et son équipe ont pris environ 200 photos de la galaxie d'Andromède en 7 heures par nuit claire. Ils n'ont trouvé qu'un seul événement potentiel de microlentille. Si les trous noirs primordiaux constituaient une fraction importante de la matière noire, a déclaré Takada, ils auraient dû voir environ 1 000 signaux de microlentille.
"La microlentille est l'étalon-or pour détecter les trous noirs ou les éliminer", a déclaré Simeon Bird, physicien des trous noirs à l'Université de Californie - Riverside, qui n'était pas impliqué dans les travaux. "Ce travail exclut les trous noirs primordiaux comme matière noire dans une gamme de masses où les contraintes précédentes n'étaient pas aussi fortes ni aussi robustes que cette nouvelle. C'est un très bon résultat."
Était-ce le dernier clou dans le cercueil? La théorie de Hawking est-elle vraiment morte? Ce n'est pas le cas, selon Bird et Takada, qui disent que les trous noirs primordiaux d'une certaine gamme de masses n'ont toujours pas été totalement éliminés en tant que candidats.
"Il y a encore des masses où les contraintes sont faibles, environ 20 à 30 masses solaires", a déclaré Bird à Live Science. "Ceux-ci pourraient encore représenter 1% à 10% de la matière noire ... et il y a toujours une fenêtre à des masses inférieures, comme la masse d'un très petit astéroïde."
"Nos physiciens sont très excités car il y a encore une fenêtre", a déclaré Takada. Les données ne peuvent pas exclure ces minuscules trous noirs adolescents parce que les flashs de ces trous noirs seraient beaucoup trop courts, "nous devons donc penser à une autre méthode pour le faire".
Cependant, un «flash» a été détecté dans leur enquête. Bien qu'il s'agisse d'un seul résultat préliminaire, il pourrait finir par être incroyablement important: la toute première détection d'un trou noir primordial, qui serait une validation révolutionnaire d'une partie du travail de Hawking.
"Une seule observation n'est pas si convaincante", a déclaré Takada. "Nous avons besoin de plus d'observations pour confirmer. Si c'était vraiment le cas, nous devrions continuer à trouver la même chose" car ils continuent d'utiliser le HSC pour rechercher plus de microlentilles.
