La genèse de notre cosmos renferme encore des mystères insondables, mais la science vient peut-être de poser la main sur l’un de ses secrets les mieux gardés. Jusqu’à présent, les astronomes considéraient que les trous noirs étaient exclusivement les cadavres ultra-denses d’étoiles massives arrivées en fin de vie. Pourtant, une équipe de chercheurs a récemment repéré une anomalie gravitationnelle stupéfiante : un objet si petit et si ancien qu’il aurait vu le jour sans l’aide d’aucune étoile, dans la toute première seconde qui a suivi le Big Bang. Cette détection potentielle d’un « trou noir primordial » ne bouleverse pas seulement notre chronologie temporelle, elle pourrait enfin nous expliquer de quoi est faite la majorité de notre réalité.

L’anomalie qui défie la physique stellaire

Les trous noirs classiques, issus de l’effondrement cataclysmique des supernovas, affichent des mensurations titanesques allant de quelques masses solaires à des milliards de fois la taille de notre Soleil. Mais ce que les astrophysiciens Alberto Magaraggia et Nico Cappelluti ont isolé dans les données de l’Observatoire américain LIGO est fondamentalement différent.

En analysant les ondes gravitationnelles – ces minuscules ondulations de l’espace-temps provoquées par les collisions les plus violentes de l’univers –, ils ont repéré un signal atypique baptisé S251112cm. L’un des deux objets impliqués dans ce carambolage possédait une masse inférieure à celle de notre propre Soleil. Selon les modèles actuels, une étoile classique ne peut tout simplement pas s’effondrer pour former un trou noir aussi chétif. L’explication la plus plausible pointe donc vers un astre purement théorique : le trou noir primordial (PBH).

Des fossiles invisibles de la taille d’un astéroïde

Ces créatures cosmiques se seraient formées dans le chaos absolu de l’univers naissant, par la compression instantanée de poches de matière subatomique hyper-denses, juste après l’étincelle initiale du Big Bang. À l’inverse de leurs gigantesques cousins qui dévorent des galaxies entières, ces trous noirs primordiaux peuvent être microscopiques à l’échelle spatiale, certains ne dépassant pas la circonférence d’un simple astéroïde.

Totalement noirs et infiniment petits, ils font preuve d’une discrétion absolue. Les chercheurs ont d’ailleurs calculé que la rareté du signal capté par LIGO correspondait parfaitement aux estimations mathématiques de leur fréquence dans l’univers. Le compte est bon.

Crédit : LIGO

L’observatoire d’ondes gravitationnelles par interférométrie laser (LIGO) à Livingston, en Louisiane.

Le visage caché de la matière noire ?

Si cette détection venait à être formellement confirmée, l’impact sur la physique moderne serait monumental. Ces fossiles originels pourraient en effet résoudre l’un des plus grands casse-têtes de l’histoire de la science : la matière noire.

Cette substance fantôme, indétectable par nos télescopes, représente pourtant 85 % de la masse totale de l’univers. Elle agit comme un immense filet gravitationnel qui empêche les galaxies de se disloquer en tournant. Aujourd’hui, un nombre croissant d’experts soupçonne que des milliards de ces minuscules trous noirs primordiaux, pullulant en silence dans le vide spatial, pourraient constituer l’essence même de cette fameuse matière noire.

L’attente d’une preuve irréfutable

Bien que l’observatoire LIGO ait fourni une piste extrêmement sérieuse, la communauté scientifique exige de nouvelles collisions pour sabler le champagne. Traquer ces aiguilles dans une botte de foin cosmique haute de 13,8 milliards d’années demandera encore un peu de patience.

Cependant, la mise à niveau constante des détecteurs actuels et le lancement très attendu de l’antenne spatiale européenne LISA en 2035 devraient permettre de capturer de nouveaux signaux similaires. Le scénario vertigineux de ces trous noirs des origines vient officiellement de quitter le royaume de la théorie pour entrer dans la réalité des observations.

Ces recherches seront publiées dans un prochain numéro de The Astrophysical Journal et sont disponibles sur arXiv.