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Le 12 novembre, les détecteurs d'ondes gravitationnelles LIGO et Virgo ont enregistré un signal très particulier, baptisé S251112cm. L'analyse indique qu'il proviendrait de la fusion de deux objets, dont l'un possède une masse inférieure à celle de notre Soleil. Une telle caractéristique est incompatible avec les trous noirs classiques issus d'étoiles mortes ou avec les étoiles à neutrons, ce qui rend l'événement extrêmement inhabituel. Un physicien de l'Université de Durham a déclaré dans les colonnes de Science qu'il s'agirait d'une découverte majeure, car aucun processus astrophysique conventionnel ne permet de l'expliquer.
Les trous noirs primordiaux constituent une hypothèse pour expliquer ce type de signal. Contrairement à leurs homologues stellaires, ils ne naissent pas de l'effondrement d'une étoile massive. Les scientifiques pensent qu'ils pourraient s'être formés dans les premières secondes chaudes et denses qui ont suivi le Big Bang, à partir de fluctuations de densité dans le plasma primordial. Leur masse pourrait s'étendre sur une large gamme, depuis une fraction infime de celle d'un trombone jusqu'à cent mille fois celle du Soleil, couvrant ainsi la gamme dite "de masse substellaire".
L'existence de ces objets compacts pourrait avoir des implications profondes, notamment pour élucider la nature de la matière noire (voir l'explication en fin d'article). Cette composante invisible constituerait environ 85 % de la matière de l'Univers, mais elle n'interagit pas avec la lumière, ce qui la rend très difficile à étudier directement. Les trous noirs primordiaux représentent un candidat attractif, car leur formation serait possible dans le cadre des modèles cosmologiques actuels, sans nécessiter de nouvelle physique fondamentale au-delà du modèle standard.
Cependant, la détection reste entourée de prudence. Les chercheurs du projet LIGO-Virgo notent que la probabilité que ce signal soit une fausse alerte due à du bruit dans les instruments est non négligeable, avec un taux estimé à environ une tous les quatre ans. De plus, la localisation de la source est très imprécise, ce qui complique la recherche d'un signal lumineux associé qui pourrait confirmer l'événement.
Malgré ces incertitudes, cette observation ouvre une nouvelle piste de recherche. Si des signaux similaires étaient confirmés à l'avenir, ils pourraient apporter la première preuve directe de l'existence des trous noirs primordiaux. Cette quête illustre la capacité des ondes gravitationnelles à révéler des phénomènes cosmiques qui échappent totalement aux télescopes traditionnels.
La matière noire
La matière noire est une forme hypothétique de matière qui n'émet, n'absorbe ni ne réfléchit la lumière, ce qui la rend invisible aux télescopes classiques. Son existence est déduite indirectement de ses effets gravitationnels sur la matière visible, comme la rotation anormalement rapide des étoiles autour du centre des galaxies ou la déformation de la lumière des objets lointains, un phénomène appelé lentille gravitationnelle.
Les estimations indiquent que cette composante représenterait environ 85 % de toute la matière contenue dans le cosmos. Sans elle, les galaxies ne pourraient pas maintenir leur cohésion et se disperseraient. Pourtant, sa nature fondamentale reste l'une des grandes questions ouvertes de la physique moderne, car elle ne correspond à aucune particule connue décrite par le modèle standard de la physique des particules.
Plusieurs candidats théoriques ont été proposés pour expliquer la matière noire, allant de particules exotiques comme les WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) aux trous noirs primordiaux. Ces derniers présentent l'avantage de ne pas nécessiter de nouvelle physique au-delà des lois de la gravité et de la cosmologie connues, ce qui en fait une hypothèse particulièrement économique sur le plan théorique.
La recherche se poursuit activement à travers des expériences souterraines cherchant à capter des interactions rares, des observations astronomiques ciblées et des simulations numériques. Identifier la nature de la matière noire est essentiel pour comprendre pleinement la formation et l'évolution des structures à grande échelle dans l'Univers, des amas de galaxies aux filaments cosmiques.