Collision d’ondes gravitationnelles inhabituelle : possible première preuve de trous noirs primordiaux

Le signal S251112cm, une énigme captée en novembre

En novembre dernier, l’observatoire LIGO a enregistré un signal d’onde gravitationnelle qui a immédiatement suscité un vif enthousiasme au sein de la communauté des chercheurs. Cet événement cosmique correspond à une collision entre deux objets d’une densité extrême. La particularité de ce choc réside dans la taille des protagonistes.

Ces derniers apparaissent bien plus petits que tout ce qui a pu être observé jusqu’à présent lors de telles rencontres célestes. Leur gabarit se révèle très largement inférieur à la masse minimale théorique prévue pour des trous noirs stellaires ou des étoiles à neutrons. L’événement, désormais identifié sous la référence S251112cm, pose un véritable défi d’interprétation.

La masse finale de l’objet résultant de cette fusion est comprise entre seulement 10 et 87 pour cent de celle de notre Soleil, un chiffre calculé après la collision. Cela implique nécessairement que les deux corps initiaux, si le signal est bel et bien réel, étaient d’une légèreté remarquable. La quête pour comprendre la nature exacte de cette rencontre s’est alors imposée aux astrophysiciens.

Les limites des connaissances face aux trous noirs classiques

Dans l’univers connu, les trous noirs se divisent habituellement en catégories aux caractéristiques bien définies. On y trouve d’abord les géants pourvus de masses immenses, comme les supermassifs logés au centre des galaxies et les trous noirs de masse intermédiaire. Il existe ensuite ceux de taille stellaire, qui pèsent l’équivalent de quelques unités à quelques dizaines de masses solaires.

Ces spécimens stellaires naissent des supernovas, qui ne sont autres que les explosions mortelles marquant la fin de vie des étoiles massives. Selon les modèles scientifiques actuellement admis, le plus petit trou noir que l’on peut générer par ce processus cataclysmique doit peser au moins 1,4 fois la masse du Soleil. C’est précisément sur ce point que l’événement S251112cm devient problématique.

Pour tenter d’expliquer cette masse anormalement basse, une première hypothèse formulée au mois de novembre avait suggéré l’implication d’une étoile à neutrons. Celle-ci aurait, d’une manière encore inexpliquée, perdu de la matière lors de la supernova qui lui a donné naissance. Cette piste exploratoire vient toutefois d’être concurrencée par une approche totalement différente.

L’hypothèse radicale venue des premiers instants de l’univers

Deux chercheurs ont récemment avancé une idée inédite pour identifier les acteurs de cette collision singulière : il s’agirait de trous noirs primordiaux. Ces entités énigmatiques ont été largement théorisées par le passé, mais aucune preuve de leur existence n’avait encore été apportée par l’observation.

Contrairement à leurs homologues classiques, des objets de masses variées de ce type auraient pu se former dans les instants qui ont immédiatement suivi le Big Bang. Comme ils ne résultent pas de l’effondrement d’étoiles, la théorie autorise le fait qu’ils puissent être plus légers que notre Soleil. L’enregistrement S251112cm représenterait, dans ce cas précis, la toute première preuve directe d’une collision entre deux objets de cette nature.

Nico Cappelluti, professeur associé à l’Université de Miami et auteur senior de cette nouvelle recherche, a pris la parole dans une déclaration officielle pour préciser la portée de cette idée. « [La recherche] suggère que l’explication la plus plausible pour le signal LIGO, qui est dépourvu de toute explication astrophysique conventionnelle, est la détection d’un trou noir primordial », a-t-il affirmé.

Une clé inespérée pour décrypter la matière noire

Les implications de cette étude dépassent la simple taxonomie des objets célestes. Elles s’étendent à la compréhension de la matière noire, une forme de matière purement hypothétique et invisible qui intrigue les chercheurs depuis des décennies. Si cette substance devait être constituée de petits trous noirs, cela pourrait expliquer, en partie ou dans sa totalité, pourquoi il nous a été impossible de la trouver jusqu’à aujourd’hui.

Le professeur Nico Cappelluti souligne d’ailleurs ce lien direct entre leur proposition et l’énigme cosmologique globale. « Et notre recherche indique que ces trous noirs primordiaux pourraient représenter une part significative, sinon la totalité, de la matière noire », a-t-il déclaré, ouvrant ainsi la voie à une nouvelle compréhension de la masse manquante de l’univers.

L’auteur principal de l’étude, Alberto Magaraggia, chercheur diplômé à l’Université de Miami, a détaillé les calculs de son équipe. « Nous avons tenté d’estimer combien de trous noirs primordiaux pourraient exister dans l’univers et combien d’entre eux LIGO devrait être capable de détecter », a-t-il ajouté. « Et nos résultats sont encourageants. Nous prédisons que les trous noirs subsolaires comme celui que LIGO a pu observer devraient en effet être rares, ce qui est cohérent avec la rareté avec laquelle de tels événements ont été vus jusqu’à présent. »

Une ère nouvelle pour l’observation des ondes gravitationnelles

L’enregistrement de tels signaux cosmiques a connu une évolution majeure ces dernières années grâce à la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA. Ce consortium, qui réunit les forces de quatre détecteurs de pointe à travers le monde, a massivement augmenté le nombre de détections d’ondes gravitationnelles en l’espace de seulement une décennie.

Dans l’hypothèse où l’événement S251112cm ne s’avère être ni un coup de chance ni un mirage, d’autres observations de ce genre finiront nécessairement par être repérées par les instruments scientifiques. L’accumulation de ces données futures constituerait alors une confirmation éclatante de la théorie des trous noirs primordiaux.

En attendant ces nouvelles validations, les travaux menés par l’équipe de l’Université de Miami poursuivent leur cheminement au sein de la communauté scientifique. L’article détaillé de leurs recherches a d’ores et déjà été accepté pour publication dans la prestigieuse revue The Astrophysical Journal, tandis qu’une version préliminaire, couramment appelée preprint, est actuellement postée sur la plateforme en ligne arXiv.

Selon la source : iflscience.com