Le télescope spatial romain Nancy Grace pourrait enfin nous dire si des trous noirs primordiaux existent

Lorsque l’univers a éclaté avec le Big Bang, toute sa matière a été compressée dans une zone minuscule. Les cosmologues émettent l’hypothèse que dans certaines régions, la matière subatomique aurait pu être si compacte qu’elle s’est effondrée en trous noirs primordiaux. Si ces trous noirs primordiaux existent, ils sont petits et pourraient se cacher parmi la population de planètes flottantes.

Les trous noirs sont les objets les plus déroutants de la nature. La théorie de la relativité d’Einstein prédisait leur existence, mais il n’était pas d’accord sur la possibilité que des trous noirs puissent réellement se former. Alors que d’autres scientifiques travaillaient sur les équations, ils ont finalement montré que les trous noirs pouvaient exister.

Maintenant, nous savons que c’est le cas, et nous savons qu’ils sont si denses qu’ils déforment l’espace-temps et attirent tout vers eux. Même la lumière ne peut pas s’échapper.

Les chercheurs tentent de découvrir l’arbre généalogique des trous noirs. Ils savent que certaines étoiles massives s’effondreront sur elles-mêmes vers la fin de leur vie et formeront des trous noirs de masse stellaire. Ils savent que des trous noirs supermassifs (SMBH) existent au cœur de grandes galaxies comme la Voie lactée. Il existe également de plus en plus de preuves de trous noirs de masse intermédiaire (IMBH), qui se situent entre les trous noirs de masse stellaire plus petits et les SMBH gargantuesques.

Mais qu’en est-il des trous noirs primordiaux (PBH) ? S’ils existent, ils se sont formés bien avant que la première étoile n’éclate. Selon la théorie, ils peuvent être de n’importe quelle taille et pourraient avoir joué un rôle dans la formation des galaxies. Dans la lutte pour comprendre comment les trous noirs deviennent si massifs, les PBH pourraient combler un vide important. Il existe également des indications alléchantes selon lesquelles s’ils existent, ils pourraient être des composants de la matière noire.

De nouvelles recherches montrent comment le télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA pourrait détecter des PBH. Ils pourraient se cacher parmi une mystérieuse population d’objets de faible masse. Les objets pourraient être des planètes flottantes (FFP), également appelées planètes voyou, ou des PBH, et le prochain télescope spatial pourrait avoir le pouvoir de les trouver.

Le papier, “Des mondes rebelles rencontrent le côté obscur : révélation de trous noirs primordiaux de masse terrestre avec le télescope spatial romain Nancy Grace,” a été publié sur le serveur de pré-impression arXiv. L’auteur principal est William DeRocco du département de physique de l’UC Santa Cruz.

Le télescope spatial romain Nancy Grace sera un puissant télescope infrarouge lorsqu’il sera lancé dans quelques années. Son menu d’observation propose de grands repas astrophysiques, comme la mesure de l’énergie noire, de la relativité et de la courbure de l’espace-temps. Il recherchera également des objets de faible masse aussi petits que Mars et qui ne sont ancrés à aucune étoile. Ce faisant, cela pourrait faire la lumière sur les trous noirs primordiaux.

Pour rechercher ces objets de faible masse et déterminer s’il s’agit de FFP ou de PBH, le télescope spatial romain a besoin d’aide. Il utilisera des micro-lentilles gravitationnelles pour rechercher dans le ciel ces objets insaisissables. Ils peuvent être de n’importe quelle taille, depuis la petite taille d’une seule particule subatomique jusqu’à la taille d’une petite planète.

“La microlentille gravitationnelle est l’une des techniques d’observation les plus efficaces pour observer des corps astrophysiques non lumineux”, écrivent les auteurs dans leur article. “Les observations existantes par microlentilles fournissent des preuves alléchantes d’une population d’objets de faible masse dont l’origine est inconnue.”

La question est : ces objets déroutants sont-ils des planètes voyou ? Ou s’agit-il de PBH ?

Le problème lorsqu’on essaie d’observer ces objets est qu’ils ne peuvent pas être suffisamment résolus individuellement. Au lieu de cela, ils doivent être découverts statistiquement, ce qui signifie que nous avons besoin d’une vaste enquête à leur sujet.

“Cependant, la nature de ces objets ne peut pas être résolue événement par événement, car la courbe de lumière induite est dégénérée pour des corps de lentille de masse identique. Il faut plutôt comparer statistiquement les distributions des événements de lentille pour déterminer la nature de la lentille. population”, écrivent les auteurs.

Le télescope spatial romain aura beaucoup à faire après son lancement prévu en 2027. L’un de ses principaux programmes d’observation vise directement ces objets astrophysiques de faible masse. C’est ce qu’on appelle l’enquête dans le domaine temporel du Galactic Bulge.

Cette étude s’appuie sur la densité stellaire dans le renflement galactique. Il existe une forte densité de lentilles et de sources stellaires vers le renflement, et le télescope romain étudiera à plusieurs reprises ces régions denses avec son instrument à grand champ (WFI).

L’équipe de recherche à l’origine du nouvel article affirme que l’enquête a le potentiel de transformer notre compréhension de ces objets de faible masse. “En résumé, nos résultats montrent que même dans des hypothèses prudentes concernant le seuil de détection de Roman et le contexte sous-jacent des FFP, l’enquête dans le domaine temporel du Galactic Bulge sera très sensible à la détection d’une population de PBH dans de nouvelles régions de l’espace paramétrique.”

“Roman est donc prêt non seulement à effectuer les premières mesures précises de la distribution de masse des FFP, mais aussi à éventuellement découvrir une sous-population de PBH qui s’y trouve également”, concluent-ils.

Les deux questions marquantes de la science spatiale moderne concernent l’énergie noire et la matière noire. L’énergie noire est le nom donné à la force qui entraîne l’expansion de l’univers. La matière noire est le nom donné à la masse invisible qui donne sa forme à l’univers et organise sa structure à grande échelle comme les galaxies et les amas de galaxies. Mais nous ne savons toujours pas ce qu’est la matière noire.

Les trous noirs primordiaux sont l’un des principaux candidats à la matière noire. Si les PBH constituent la totalité ou une partie importante de la matière noire de l’univers, cela explique la structure à grande échelle de l’univers. Ils pourraient également expliquer une lentille gravitationnelle qui ne peut être expliquée par la matière ordinaire. La preuve que les PBH sont de la matière noire est loin d’être concluante, mais certains scientifiques affirment qu’ils constituent tout ou partie de la matière noire de l’univers.

“L’enquête dans le domaine temporel du renflement galactique de Roman devrait observer des centaines d’événements de microlentilles de faible masse, permettant une caractérisation statistique robuste de cette population”, expliquent les auteurs. Avec ces données d’enquête en main, les scientifiques pourraient être prêts à faire de réels progrès sur la question de la matière noire et à commencer à percer les mystères les plus profonds de l’univers.

Mais il faudra attendre quelques années.