Des trous noirs plus petits qu’un proton

Dans le premier billionième de seconde qui a suivi le Big Bang, l’« explosion » colossale avec laquelle l’univers est né, des trous noirs exotiques, plus petits que la taille d’un proton, auraient pu être créés. Les physiciens ont exploré cette possibilité dans une nouvelle étude.

Les auteurs de l’étude sont Elba Alonso-Monsalve et David I. Kaiser, tous deux du Massachusetts Institute of Technology (MIT) aux États-Unis.

Les trous noirs sont des accumulations de matière si denses que leur force gravitationnelle empêche ce qui y tombe d’en ressortir. Rien ne peut sortir d’un trou noir, pas même la lumière. D’où le nom de « trou noir ». Les trous noirs les plus massifs résident au centre des galaxies. Les trous noirs les plus bas connus sont ceux formés à partir des cadavres d’étoiles et qui n’ont pas encore eu l’occasion d’avaler beaucoup de matière et d’augmenter considérablement leur masse. À notre connaissance, il n’existe aucun processus naturel dans l’univers actuel qui produise des trous noirs d’une masse inférieure à celle d’une étoile.

Certaines théories envisagent la possibilité qu’une fraction de seconde après la création de l’univers, et alors qu’il restait encore un long chemin à parcourir avant la formation et la mort ultérieure des premières étoiles, des trous noirs seraient apparus avec une masse similaire à celle d’un astéroïde et une taille similaire à celle d’un atome.

Or, Alonso-Monsalve et David I. Kaiser sont arrivés à la conclusion que le même processus primordial qui a formé de tels trous noirs en a également créé d’autres encore plus petits, avec une masse de quelques tonnes comprimée dans un espace plus petit que celui d’un proton et possédant une charge de couleur inhabituellement immense (une propriété décrite par la physique nucléaire).

Recréation artistique d’un trou noir plus petit que la taille d’un proton et d’une existence éphémère. (Illustration : Étonnants/NCYT)

Ces trous noirs plus petits qu’un proton et suralimentés devaient être dans un état de matière complètement différent de celui des trous noirs conventionnels, en partie parce qu’ils se sont formés alors qu’il n’y avait que des quarks et des gluons libres dans l’univers, au lieu de matière « normale ». apparu plus tard, qui constitue la matière première pour la création de trous noirs classiques.

Dans cet état exotique, ces trous noirs suralimentés doivent s’être « évaporés » un instant après leur naissance. Cependant, malgré leur existence éphémère, ils pourraient avoir influencé une transition cosmologique clé : le moment où les premiers noyaux atomiques ont été forgés. Ces trous noirs pourraient avoir laissé une empreinte qui pourrait être détectée par les astronomes dans le futur.

“Bien que ces trous noirs exotiques et éphémères n’existent pas aujourd’hui, ils sont peut-être entrés dans l’histoire cosmique d’une manière qui pourrait aujourd’hui se manifester par des signaux subtils”, souligne Kaiser.

Les trous noirs suralimentés se sont évaporés très rapidement, mais peut-être pas avant le moment où les premiers noyaux atomiques ont commencé à se former. On estime que ce processus a commencé environ une seconde après le Big Bang, ce qui aurait donné à ces trous noirs très colorés suffisamment de temps pour perturber les conditions d’équilibre qui existaient lorsque les premiers noyaux atomiques ont commencé à se former. De telles perturbations pourraient avoir affecté la formation de ces premiers noyaux d’une manière qui pourrait un jour être détectée dans de subtiles signatures cosmologiques.

La nouvelle étude s’intitule « Trous noirs primordiaux avec charge de couleur QCD ». Et il a été publié dans la revue académique Physical Review Letters. (Fontaine: NCYT de Amazings)