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L’expansion de l’univers fait grossir les trous noirs

Le modèle cosmologique trouvé par des chercheurs américains explique pourquoi les trous noirs sont plus gros que prévu.

Le trou noir baptisé Gargantua dans le film Interstellar, modélisé par l'astrophysicien Kip Thorne pour préserver l'exactitude scientifique d'une grande partie du film (Crédits image : Paramount)
Le trou noir baptisé Gargantua dans le film Interstellar, modélisé par l’astrophysicien Kip Thorne pour préserver l’exactitude scientifique d’une grande partie du film (Crédits image : Paramount)

Depuis plusieurs années, les astronomes découvrent de nombreux trous noirs anormalement gros. Leurs masses sont bien supérieures à celles que prédisent les modèles cosmologiques en vigueur. Une équipe d’astrophysiciens de l’Université d’Hawaï et de l’Université de Chicago, vient d’expliquer comment ces objets stellaires réussissent à gagner autant de masse sans ajout de matière. Ce serait lié à la croissance de l’univers lui-même, selon ces chercheurs.

Le mystère des trous noirs plus gros que prévu expliqué par l’expansion de l’univers

L’Observatoire d’ondes gravitationnelles à interféromètre laser (LIGO)-Virgo, actif depuis 2015, est un chasseur de trous noirs. Grâce à lui, en six ans, les astronomes ont détecté beaucoup d’entre eux, et ont même assisté à des « fusions de trous noirs », vérifiant ainsi une prédiction majeure de la théorie de la gravité d’Albert Einstein. Mais ce à quoi ils ne s’attendaient pas, c’est que beaucoup de ces trous noirs « fusionnés » aient une telle taille. D’autres chercheurs ont découvert récemment une méthode pour mesurer la taille des trous noirs, mais sans résoudre ce mystère pour autant.

Selon les modèles classiques, leur masse devrait être inférieure à 40 fois celle du Soleil, puisque les trous noirs qui fusionnent ne peuvent pas se maintenir ensemble s’ils sont plus gros. Pourtant, ils ont découvert dans le ciel de nombreux trous noirs dont la masse est supérieure à celle de 50 soleils, certains atteignant même 100 soleils. Un mystère, car aucun scénario n’est parvenu jusqu’ici à expliquer cette diversité de trous noirs observés. Ce n’est pas la seule bizarrerie, puisque Hubble a découvert cette année tout un groupe de trous noirs étrangement proches les uns des autres.

Le « couplage cosmologique » entre les trous noirs et l’univers expliquerait leur croissance inattendue

Dans une nouvelle étude publiée dans la revue Astrophysical Journal Letters, l’équipe d’astrophysiciens américains propose une nouvelle solution à ce problème : les trous noirs grandissent avec l’expansion de l’univers. Selon eux, le modèle qui prédit la taille des trous noirs se base sur « un univers qui ne peut pas s’étendre », une façon de « simplifier les équations d’Einstein car il y a ainsi beaucoup moins de paramètres à prendre en compte ». Une simplification qui ne fonctionne toutefois que jusqu’à un certain point.

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Les événements de fusion observés par LIGO-Virgo ne sont observés que pendant quelques secondes, ce qui rend la simplification judicieuse. Seulement, la fusion de trous noirs est un phénomène qui se déroule sur plusieurs milliards d’années, or l’univers fait l’objet d’une croissance importante durant ce long laps de temps. Les chercheurs ont ainsi démontré qu’en « examinant attentivement les aspects les plus subtils de la théorie d’Einstein, une possibilité étonnante émerge : la masse des trous noirs pourrait croître au même rythme que l’univers », un phénomène que les astrophysiciens ont appelé « couplage cosmologique ».

Suite à leur idée novatrice, ces chercheurs doivent maintenant mesurer la force de ce couplage cosmologique, de même que « de nombreux aspects des trous noirs en fusion qui ne sont pas connus en détail », a déclaré le Dr Michael Zevin, co-auteur de la recherche.

Source : Phys.org