La distribution de la matière noire dans l'amas de galaxies Abell 3827 apparaît sous forme de lignes de contour bleues sur cette photo prise par le télescope spatial Hubble.
(Image: © ESO / R. Massey)
Une nouvelle étude révèle que les trous blancs, qui sont théoriquement les opposés exacts des trous noirs, pourraient constituer une partie importante de la mystérieuse matière noire qui constituerait la majeure partie de la matière dans l'univers. Et certains de ces trous blancs bizarres peuvent même précéder le Big Bang, ont déclaré les chercheurs.
Les trous noirs possèdent des forces gravitationnelles si puissantes que même la lumière, la chose la plus rapide de l'univers, ne peut leur échapper. La frontière sphérique invisible entourant le noyau d'un trou noir qui marque son point de non-retour est connue comme son horizon d'événements. [Images: trous noirs de l'univers]
Un trou noir est une prédiction de la théorie de la relativité générale d'Einstein. Un autre est connu comme un trou blanc, qui est comme un trou noir à l'envers: alors que rien ne peut s'échapper de l'horizon des événements d'un trou noir, rien ne peut entrer dans l'horizon des événements d'un trou blanc.
Des recherches antérieures ont suggéré que les trous noirs et les trous blancs sont connectés, la matière et l'énergie tombant dans un trou noir émergeant potentiellement d'un trou blanc soit ailleurs dans le cosmos, soit dans un autre univers entièrement. En 2014, Carlo Rovelli, physicien théoricien à l'Université d'Aix-Marseille en France, et ses collègues ont suggéré que les trous noirs et les trous blancs pourraient être connectés d'une autre manière: lorsque les trous noirs meurent, ils pourraient devenir des trous blancs.
Dans les années 1970, le physicien théoricien Stephen Hawking a calculé que tous les trous noirs devraient évaporer la masse en émettant un rayonnement. Les trous noirs qui perdent plus de masse qu'ils n'en gagnent devraient se rétrécir et finalement disparaître.
Cependant, Rovelli et ses collègues ont suggéré que le rétrécissement des trous noirs ne pourrait pas disparaître si le tissu de l'espace et du temps était quantique - c'est-à-dire fait de quantités indivisibles appelées quanta. L'espace-temps est quantique dans la recherche qui cherche à unir la relativité générale, qui peut expliquer la nature de la gravité, avec la mécanique quantique, qui peut décrire le comportement de toutes les particules connues, en une seule théorie qui peut expliquer toutes les forces de l'univers .
Dans l'étude de 2014, Rovelli et son équipe ont suggéré qu'une fois qu'un trou noir s'évaporerait à un point où il ne pourrait plus rétrécir parce que l'espace-temps ne pourrait pas être réduit en quelque chose de plus petit, le trou noir mourant rebondirait alors pour former un blanc trou.
"Nous sommes tombés sur le fait qu'un trou noir devient un trou blanc à la fin de son évaporation", a déclaré Rovelli à Space.com.
On pense que les trous noirs se forment aujourd'hui lorsque des étoiles massives meurent dans des explosions géantes appelées supernovas, qui compressent leurs cadavres en des points infiniment denses connus sous le nom de singularités au cœur des trous noirs. Rovelli et ses collègues avaient précédemment estimé qu'il faudrait un trou noir avec une masse égale à celle du soleil environ un quadrillion de fois l'âge actuel de l'univers pour se convertir en un trou blanc. [Photos de Supernova: de superbes images d'explosions d'étoiles]
Cependant, des travaux antérieurs dans les années 1960 et 1970 ont suggéré que les trous noirs pourraient également avoir leur origine dans une seconde après le Big Bang, en raison de fluctuations aléatoires de la densité dans l'univers nouveau-né chaud et en expansion rapide. Les zones où ces fluctuations ont concentré la matière ensemble auraient pu s'effondrer pour former des trous noirs. Ces trous noirs dits primordiaux seraient beaucoup plus petits que les trous noirs de masse stellaire et auraient pu mourir pour former des trous blancs au cours de la vie de l'univers, ont noté Rovelli et ses collègues.
Même les trous blancs avec des diamètres microscopiques pourraient encore être assez massifs, tout comme les trous noirs plus petits qu'un grain de sable peuvent peser plus que la lune. Maintenant, Rovelli et la co-auteure de l'étude Francesca Vidotto, de l'Université du Pays Basque en Espagne, suggèrent que ces trous blancs microscopiques pourraient constituer de la matière noire.
Bien que l'on pense que la matière noire représente les cinq sixièmes de toute la matière dans l'univers, les scientifiques ne savent pas de quoi elle est faite. Comme son nom l'indique, la matière noire est invisible; il n'émet, ne réfléchit ni ne bloque même la lumière. En conséquence, la matière noire ne peut actuellement être suivie qu'à travers ses effets gravitationnels sur la matière normale, comme celle qui compose les étoiles et les galaxies. La nature de la matière noire est actuellement l'un des plus grands mystères de la science.
La densité locale de matière noire, suggérée par le mouvement des étoiles près du soleil, est d'environ 1% de la masse du soleil par parsec cubique, soit environ 34,7 années-lumière cubes. Pour tenir compte de cette densité avec des trous blancs, les scientifiques ont calculé qu'un tout petit trou blanc - beaucoup plus petit qu'un proton et environ un millionième de gramme, ce qui équivaut à environ la masse de "un demi-pouce de cheveux humains", Rovelli dit - est nécessaire par 2400 miles cubes (10000 kilomètres cubes).
Ces trous blancs n'émettraient aucun rayonnement, et parce qu'ils sont bien plus petits qu'une longueur d'onde de lumière, ils seraient invisibles. Si un proton venait à toucher l'un de ces trous blancs, le trou blanc "rebondirait simplement", a déclaré Rovelli. "Ils ne peuvent rien avaler." Si un trou noir devait rencontrer l'un de ces trous blancs, le résultat serait un seul trou noir plus grand, a-t-il ajouté. Comme si l'idée de trous blancs microscopiques invisibles depuis la nuit des temps n'était pas assez sauvage, Rovelli et Vidotto ont en outre suggéré que certains trous blancs dans cet univers pourraient en fait être antérieurs au Big Bang. Les recherches futures exploreront comment de tels trous blancs d'un univers précédent pourraient aider à expliquer pourquoi le temps ne s'écoule que vers l'avant dans cet univers actuel et pas également vers l'arrière, a-t-il déclaré.
Rovelli et Vidotto ont détaillé leurs résultats en ligne le 11 avril dans un article soumis au concours annuel de la Gravity Research Foundation pour des essais sur la gravitation.
