Si des trous noirs microscopiques nés une fraction de seconde après le Big Bang existent, comme le soupçonnent certains chercheurs, alors au moins un pourrait traverser le système solaire par décennie, générant de minuscules distorsions gravitationnelles que les scientifiques peuvent détecter, révèle une nouvelle étude.
Ces résultats suggèrent que si les astronomes peuvent découvrir et confirmer l’existence de telles perturbations gravitationnelles, ils pourraient être en mesure de résoudre le mystère derrière la nature de matière noirela matière invisible qui, selon de nombreux chercheurs, constitue environ les cinq sixièmes de toute la matière du cosmos.
De nombreux chercheurs suggèrent que la matière noire pourrait être composée de particules inconnues, mais aucune expérience à ce jour n’a permis de découvrir de nouvelles particules qui pourraient être de la matière noire. Ainsi, une alternative que les scientifiques explorent pour expliquer la matière noire est celle dite primordiale. trous noirsceux qui existent depuis la nuit des temps.
Des recherches antérieures suggèrent qu’environ 86 % de la matière de l’univers est composée d’une substance essentiellement invisible appelée matière noire. Les scientifiques déduisent l’existence de la matière noire de ses effets gravitationnels sur la matière et la lumière du quotidien, mais on ne sait pas encore avec certitude de quoi elle pourrait être composée.
Les trous noirs doivent leur nom à leur immense attraction gravitationnelle, qui est si puissante que même la lumière ne peut s’en échapper. Si un trou noir ne révèle pas son existence, par exemple en déchirer une étoile — il peut rester indétectable dans l’obscurité de l’espace.
Au fil des décennies, les astronomes ont détecté de nombreux trous noirs, trous noirs de masse stellaire généralement environ cinq à dix fois la masse du soleil trous noirs supermassifs des millions à des milliards de masses solaires. En revanche, la nouvelle étude a examiné trous noirs primordiauxdont les recherches précédentes suggèrent qu’il pourrait n’avoir qu’une masse d’environ celle d’un astéroïde typique, soit environ 110 à 110 millions de milliards de tonnes (100 à 100 millions de milliards de tonnes métriques).
« Les trous noirs que nous considérons dans nos travaux sont au moins 10 milliards de fois plus légers que le soleil et sont à peine plus grands qu’un atome d’hydrogène », a déclaré à Space.com Sarah Geller, co-auteure de l’étude et physicienne théoricienne à l’Université de Californie à Santa Cruz.
Les trous noirs apparaissent lorsqu’un objet est si dense qu’il s’effondre sous l’effet de sa propre gravité. Des travaux antérieurs suggèrent que peu de temps après la formation des trous noirs, Big BangAvant que l’univers ne s’étende considérablement, des fluctuations aléatoires dans la densité de la matière dans le cosmos nouveau-né ont conduit certains amas à devenir suffisamment denses pour former des trous noirs.
Des recherches antérieures ont suggéré que les trous noirs primordiaux qui ont survécu jusqu’à nos jours pourraient constituer la majeure partie ou la totalité de la matière noire. Sur la base de ces travaux, la nouvelle étude a examiné à quelle fréquence les trous noirs primordiaux pourraient traverser la matière noire. système solaireet s’ils pourraient produire des effets que les scientifiques pourraient détecter sur des objets visibles.
« S’il y a beaucoup de trous noirs là-bas, certains d’entre eux doivent sûrement passer par chez nous de temps en temps », a déclaré Geller.
Au départ, les chercheurs « ont réfléchi à ce qui pourrait se passer si un trou noir perçait la croûte terrestre, traversait notre atmosphère ou laissait un cratère sur la Lune », a expliqué Geller. « Nous nous sommes même demandé ce qui se passerait si l’un de ces minuscules trous noirs frappait un être humain. »
Cependant, « chacune de ces idées se heurte au même problème », explique Geller. « Une personne, la Lune ou même la Terre sont des cibles minuscules dans l’immensité de l’espace, et les chances qu’un trou noir les frappe directement sont infimes. »
« Ce dont nous avions besoin, c’était d’un système suffisamment grand pour que les trous noirs passent régulièrement, mais suffisamment précis pour que nous puissions observer un effet », a déclaré Geller. « C’est à ce moment-là que nous avons commencé à réfléchir aux orbites très précisément mesurées des objets du système solaire. » En principe, l’attraction gravitationnelle d’un trou noir primordial « pourrait produire des oscillations dans les orbites des objets du système solaire suffisamment grandes pour que nous puissions les mesurer. »
Les scientifiques ont fini par se concentrer sur les trous noirs primordiaux volant près des planètes intérieures du système solaire — Mercure, Vénus, Terre et Mars. Ils ont découvert que si les trous noirs primordiaux existent, ils pourraient être suffisamment nombreux pour qu’au moins un d’entre eux puisse survoler les mondes intérieurs une fois par décennie. Ils ont ajouté que plusieurs survols ont peut-être déjà eu lieu depuis que des technologies capables de détecter de telles perturbations ont été mises en service.
Geller a averti que « nous ne prétendons pas que les trous noirs primordiaux existent, qu’ils constituent la majeure partie ou la totalité de la matière noire ou qu’ils sont bien présents dans notre système solaire ». Au contraire, ils affirment que si les trous noirs primordiaux existent et constituent la majeure partie de la matière noire, « alors il faut voyager à travers le système solaire interne tous les un à dix ans ».
Les scientifiques ont également noté que leurs conclusions sont basées sur des simulations informatiques relativement simples qui n’ont pas la précision nécessaire pour analyser les données réelles concernant les orbites du système solaire interne.
« Pour pouvoir tirer des conclusions définitives, nous devrons travailler avec des collègues spécialisés dans la modélisation du système solaire, avec des méthodes de calcul beaucoup plus sophistiquées », a déclaré à Space.com Benjamin Lehmann, co-auteur de l’étude et physicien théoricien au MIT. Il a ajouté qu’ils devaient également déterminer comment déterminer ce qui pourrait être un véritable signal d’un trou noir primordial et ce qui pourrait simplement tomber dans la marge d’erreur attendue de toute mesure.
Les scientifiques discutent actuellement de la possibilité de collaborer avec le groupe de simulation du système solaire de l’Observatoire de Paris pour analyser les données orbitales existantes. « Ils font partie des plus grands experts des méthodes de simulation sophistiquées qui seront nécessaires pour concrétiser cette analyse », a déclaré Lehmann. « Une fois que nous aurons développé un modèle complet qui pourra être utilisé pour rechercher des données réelles, nous devrons alors déterminer quelles observations de suivi seront les plus appropriées pour tout signal que nous pourrions enregistrer. »
Cette approche consistant à rechercher des trous noirs primordiaux via leurs effets gravitationnels n’est « pas totalement suffisante pour faire la distinction entre un trou noir primordial et un autre objet inhabituel de masse similaire », a averti Geller. Elle a noté que si cette stratégie permettait de détecter un éventuel trou noir primordial, « nous pourrions déclencher des observations complémentaires pour exclure d’autres possibilités. Les astronomes sont en fait étonnamment doués pour trouver des objets beaucoup plus légers dans notre système solaire, comme de petits astéroïdes, alors que l’observation directe d’un petit trou noir avec un télescope ne montrerait probablement rien du tout ».
Les scientifiques ont détaillé leurs conclusions 17 septembre dans la revue Physical Review D.
Initialement publié sur Espace.com.
