Trous noirs primordiaux et recherche de matière noire dans le multivers
L'Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l'univers (Kavli IPMU) est célèbre pour l'abondance de projets interdisciplinaires possibles grâce à la présence d'un grand nombre de spécialistes hautement qualifiés dans divers domaines de la connaissance scientifique. L'un de ces projets est l'étude des trous noirs qui pourraient s'être formés dans l'univers primitif, avant la formation des étoiles et des galaxies.
Ces trous noirs primordiaux peuvent être responsables de tout ou partie de la matière noire de l'Univers, de certains des signaux d'ondes gravitationnelles observés, et également servir de germes de trous noirs supermassifs situés au centre de nos galaxies et d'autres.
Pour mieux comprendre les trous noirs primordiaux, une équipe dirigée par Alexander Kusenko de Kavli IPMU s'est tournée vers l'étude de l'univers primitif. L'univers primitif était si dense que toute fluctuation de densité positive supérieure à 50% pouvait conduire à la formation d'un trou noir. Cependant, la science sait que l'ampleur des perturbations cosmologiques qui ont donné naissance aux embryons de galaxies était beaucoup plus petite. Néanmoins, un certain nombre de processus qui ont eu lieu au début de l'Univers pourraient conduire à l'émergence de conditions favorables à la formation de trous noirs.
Une possibilité intrigante est que les trous noirs primordiaux se soient formés à partir d '«univers filles» pendant l'inflation, une période d'expansion rapide de l'univers qui est censée donner naissance aux principales structures observées dans le monde moderne, telles que les galaxies et les amas de galaxies. Les univers filles relativement petits se sont effondrés avec la libération d'une grande quantité d'énergie dans un petit volume et ont ainsi formé des trous noirs, ont expliqué les auteurs. Les grands univers filles ont connu une expansion inflationniste, cependant, selon les dispositions de la théorie de la relativité d'Einstein, après l'expansion, ils ne sont devenus énormes que pour l'observateur interne, tandis que pour l'observateur externe - c'est-à-dire vous et moi - ces univers filles devraient également apparaître comme des trous noirs, a ajouté ils.
Dans leur travail, l'équipe de Kusenko a décrit un nouveau scénario pour la formation de trous noirs primordiaux et a montré que les trous noirs se formant selon le scénario du multivers peuvent être détectés à l'aide de la caméra Hyper Suprime-Cam (HSC) du télescope Subaru de 8,2 mètres. La particularité de cette caméra réside dans le fait qu'elle peut prendre des photos détaillées de toute la galaxie d'Andromède dans son ensemble - et si à ce moment un trou noir primordial passe devant l'une des étoiles de la galaxie, il devient alors possible de déterminer la masse d'un tel trou noir. L'équipe de Kavli IPMU a précédemment rapporté dans une étude publiée (Takada et al., 2019, Nature Astronomy 3, 524-534) un nouveau candidat intrigant pour un trou noir primordial détecté par la caméra HSC.
La recherche est publiée dans la revue Physical Review Letters.