L'Univers nous présente une énigme de taille: la majeure partie de sa matière, appelée matière noire, échappe à toute détection directe. Pourtant, son influence gravitationnelle est indéniable, ce qui remet en question notre vision classique de la composition du cosmos.
Dans la recherche de réponse, une piste nouvelle se dessine aujourd'hui avec les ondes gravitationnelles, ces vibrations de l'espace-temps prédites par Einstein. Détectées pour la première fois en 2015, elles constituent un outil pour sonder des phénomènes autrement invisibles, comme la collision d'objets très denses. L'analyse récente d'un curieux signal enregistré par l'observatoire en ondes gravitationnelles LIGO apporte un indice intéressant, si ce n'est troublant.
Le signal étudié provient d'une fusion impliquant au moins un objet très dense mais moins massif que le Soleil. Une caractéristique qui va à l'encontre de ce que l'on connait des plus petits trous noirs, les trous noirs stellaires issus de l'effondrement d'étoiles supermassives, bien plus massives que notre Soleil.
Nico Cappelluti et Alberto Magaraggia, de l'Université de Miami, pensent qu'il pourrait s'agir d'un trou noir primordial, un objet théorique né des fluctuations de densité juste après le Big Bang. Leurs calculs, publiés dans
The Astrophysical Journal, montrent que de tels événements seraient rares.
Contrairement aux trous noirs stellaires, les trous noirs primordiaux se seraient formés dans les premiers instants de l'Univers, avec des masses très différentes, pouvant aller de celle d'un astéroïde à celle d'une planète. Cette idée, avancée par Stephen Hawking dans les années 1970, reste hypothétique, mais leur identification via les ondes gravitationnelles pourrait tout changer. Ces objets n'interagissent pas avec la lumière, les rendant invisibles, tout en possédant une masse qui influe sur la gravité.
Cette propriété en fait des candidats de choix pour éclaircir la nature de la matière noire, qui compose environ 85% de la matière cosmique. En effet, les scientifiques peinent à identifier cette composante, car elle n'émet ni n'absorbe de rayonnement électromagnétique. La confirmation de l'existence des trous noirs primordiaux en nombre suffisant pourrait donc combler cette lacune, en proposant une solution élégante, sans supposer de manière exotique, à une question persistante en astrophysique.
Crédit: NASA's Goddard Space Flight Center
Pour consolider cette hypothèse, la détection d'autres signaux du même type est nécessaire. Les futurs instruments, comme l'observatoire spatial LISA, offriront une sensibilité bien plus grande, permettant de capter un nombre accru d'ondes gravitationnelles. Les chercheurs notent qu'il faut faire preuve de patience, à l'image de la quête qui a mené à la première détection d'ondes gravitationnelles il y a dix ans.