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Contrairement aux trous noirs stellaires, qui naissent de l'effondrement d'étoiles massives, les trous noirs primordiaux se seraient formés par des fluctuations de densité dans l'Univers primordial. Leur existence reste non confirmée, mais ils attirent l'attention comme possibles candidats pour la matière noire.
L'équipe de Daniel Paraizo, de l'Eberly College of Science, a étudié leur évolution en tenant compte de la radiation de Hawking, ce processus qui fait perdre de la masse aux trous noirs sous ou forme d'évaporation. Plus un trou noir est petit, plus il s'évapore vite.
Des calculs mathématiques montrent qu'un trou noir primordial d'une masse initiale d'environ un milliard de tonnes mettrait un milliard d'années à atteindre la masse de Planck, soit environ 20 microgrammes. À ce stade, les précédentes études prévoyaient une évaporation rapide en une seconde. Mais les nouveaux résultats indiquent que ces 20 microgrammes deviennent pratiquement stables et que le trou noir se comporte alors comme un trou blanc. Ce changement de comportement est une surprise: l'horizon des événements, la frontière qui piège la lumière, disparaît progressivement.
Des trous noirs primordiaux pourraient donc subsister aujourd'hui sous forme de trous blancs.
Les trous blancs sont l'exact opposé des trous noirs: au lieu d'attirer, ils repoussent indéfiniment matière et rayonnement. Cette transition vers un objet aux propriétés de trou blanc ouvre des perspectives nouvelles pour comprendre le sort des trous noirs primordiaux. Cependant, pour prédire leur destin ultime, il faudrait une théorie de la gravité quantique, qui unifie la relativité générale et la mécanique quantique. Cette "théorie du tout" reste encore à découvrir malgré des décennies de recherche.
Leur étude, disponible sur arXiv, apporte une nouvelle pierre à l'édifice de la physique théorique.
La radiation de Hawking
Proposée par Stephen Hawking en 1974, cette radiation théorique est une émission de particules due aux effets quantiques près de l'horizon d'un trou noir. Elle provoque une lente perte de masse jusqu'à l'évaporation complète.
Plus le trou noir est petit, plus il rayonne. Pour les trous noirs stellaires, ce processus est extrêmement lent, mais les trous noirs primordiaux beaucoup plus légers pourraient s'évaporer en quelques milliards d'années.
La masse de Planck
La masse de Planck (environ 20 microgrammes) est une unité fondamentale en physique où les effets quantiques et gravitationnels deviennent également importants. Elle représente la limite supérieure de masse pour une particule élémentaire: au-delà, tout objet s'effondrerait en un trou noir microscopique.
Dans notre vie quotidienne, 20 microgrammes équivalent à la masse d'un cil humain ou d'un œuf de puce. C'est à cette échelle que les trous noirs primordiaux pourraient se stabiliser en trous blancs.