Des chercheurs estiment avoir identifié une piste qui pourrait enfin nous aider à résoudre l’une des énigmes les plus tenaces de toute l’astrophysique : dans une étude récente, ils expliquent qu’il est de plus en plus probable que les trous noirs soient à l’origine de l’énergie noire, qui est elle-même suspectée de jouer un rôle déterminant dans l’expansion de l’univers.
En 1929, l’illustre astronome Edwin Hubble — celui-là même qui a donné son nom au célèbre télescope — a fait une découverte qui allait bouleverser la cosmologie : il a été le premier à démontrer que notre Univers était en expansion. Depuis, de nombreux chercheurs essaient tant bien que mal de calculer la vitesse de cette expansion, aussi appelée constante de Hubble-Lemaître… et c’est là que les soucis commencent.
L’expansion de l’Univers, un mystère tenace
Initialement, la physique newtonienne traditionnelle suggérait que l’expansion devrait ralentir au cours du temps, freinée par les interactions gravitationnelles entre des objets extrêmement massifs comme les galaxies. Mais la donne a changé dans les années 1990 avec l’arrivée de nouvelles méthodes qui ont fait émerger une situation beaucoup plus nuancée. On sait désormais que l’expansion de l’Univers accélère, au lieu de ralentir comme on le pensait autrefois. Le souci, c’est que les différentes méthodes de mesure ne parviennent pas à se mettre d’accord sur la valeur de cette accélération. Elles produisent toutes des résultats qui semblent cohérents individuellement, mais sont fondamentalement incompatibles. On se retrouve avec une incohérence majeure que l’on appelle aujourd’hui la Tension d’Hubble.
Pour faire la part des choses, plusieurs astrophysiciens éminents ont pris le problème par l’autre bout. Au lieu de calculer la constante d’Hubble à partir d’observations, ils ont cherché à identifier le moteur de l’expansion de l’univers. Pour cela, ils ont introduit un tout nouveau concept : l’énergie noire. Ce terme désigne une forme d’énergie encore inconnue, mais omniprésente dans le cosmos. Selon certains modèles, elle représente jusqu’à 70 % de l’énergie totale de l’Univers. Et surtout, elle joue un rôle déterminant dans son expansion. Son influence serait telle qu’elle contrebalancerait l’influence de la gravité, forçant les différents corps célestes à s’éloigner de plus en plus rapidement.
Plus le temps passe, et plus cette idée s’avère convaincante. En fait, elle fonctionne si bien que ses trois principaux architectes, Saul Perlmutter, Adam Riess, et Brian Schmidt, ont été auréolés d’un Prix Nobel pour cette contribution révolutionnaire à la théorie. Mais il reste un trou absolument énorme dans ce modèle : la nature exacte de l’énergie noire reste totalement inconnue. Personne ne sait exactement de quoi elle est constituée ni d’où elle provient. À ce jour, cela reste l’un des plus grands mystères de toute l’astrophysique et même de la science en général.
Une extension du « couplage cosmologique »
Mais depuis quelque temps, d’autres astronomes ont commencé à se rapprocher d’une explication convaincante ; d’après un papier de recherche récent, il est de plus en plus probable que cette énergie noire provienne directement des trous noirs.
Ces travaux partent d’une hypothèse centrale selon laquelle ces objets pourraient être des répercussions directes des mécanismes qui ont permis à l’Univers de prendre son essor avec le Big Bang.
Cette thématique a émergé de manière spectaculaire l’année dernière, avec la publication d’une étude très importante sur le sujet. Ses auteurs se sont penchés sur les trous noirs supermassifs qui résident au centre de galaxies dites “mortes”, c’est-à-dire qu’elles ont totalement épuisé les matières premières censées alimenter la croissance de leurs étoiles et de leur trou noir. En théorie, ces derniers ne devraient donc plus pouvoir grandir ; pourtant, les auteurs ont observé qu’ils continuent de gagner de la masse.
Pour expliquer cette incohérence apparente, ils ont introduit un nouveau concept : un « couplage cosmologique », à travers lequel les propriétés des objets seraient directement affectées par l’expansion de l’univers (voir notre article).
C’est une notion assez révolutionnaire, parce qu’elle s’oppose directement à l’idée que les paramètres comme la masse sont des propriétés intrinsèques des objets ; à la place, ils seraient intimement liés à la manière dont l’Univers évolue à l’échelle globale. Les chercheurs à l’origine de cette nouvelle étude y ont vu une opportunité d’extrapoler pour faire avancer la quête de l’énergie noire.
« Si vous vous posez la question : “Où dans l’univers voyons-nous une gravité aussi forte qu’elle l’était au début de son histoire ?” la réponse se trouve au centre des trous noirs », avance Gregory Tarlé, professeur de physique à l’Université du Michigan et co-auteur de cette nouvelle étude. « Il est possible que ce qui s’est produit pendant l’inflation initiale se déroule à l’envers ; la matière d’une étoile massive redeviendrait de l’énergie noire lors de l’effondrement gravitationnel, comme un petit Big Bang joué à l’envers. »
Des données cohérentes avec la théorie
Pour tenter de le vérifier, les cinq équipes de recherche impliquées dans ce projet se sont basées sur le DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument). Il s’agit d’un observatoire de pointe qui, comme son nom l’indique, est entièrement dévoué à l’énergie noire. À l’aide d’un ensemble de plus de 5000 détecteurs, il sonde des galaxies lointaines en permanence pour mieux comprendre la manière dont l’univers s’étend et, par extension, les mécanismes qui permettent à l’énergie noire de faire son office.
L’observatoire a récemment bouclé le premier cycle de cette campagne scientifique. Et malgré sa relative jeunesse, il s’est déjà montré incroyablement productif. Il a permis de collecter une montagne de données qui ont notamment fait émerger une tendance lourde d’implications.
En effet, on sait depuis des années déjà que les trous noirs deviennent de plus en plus nombreux et massifs avec le temps. Or, en parallèle, les relevés du DESI montrent clairement que la densité de l’énergie noire augmente également… mais pas à n’importe quel rythme ; il se trouve que l’essor de l’énergie noire correspond étonnamment bien à celui des trous noirs. En fait, le lien semble si solide que statistiquement parlant, il ne s’agit probablement pas d’une coïncidence. Plus les données s’accumulent, et plus les deux paramètres semblent intimement liés.
« Les deux phénomènes sont cohérents l’un avec l’autre : à mesure que de nouveaux trous noirs étaient créés suite à la mort d’étoiles massives, la quantité d’énergie noire dans l’univers augmentait de la bonne manière », a déclaré Duncan Farrah, professeur agrégé de physique à l’Université de Washington – Hawaï et co-auteur de l’étude. « Le fait que trous noirs soient la source de l’énergie sombre devient de plus plausible. »
Une nouvelle ère pour la chasse à l’énergie noire
Il convient de préciser que même si la cohérence des données est très encourageante, il ne s’agit que d’une hypothèse pour le moment. Il faudra encore énormément de données et de travail pour parvenir à une confirmation rigoureuse. Mais la bonne nouvelle, c’est que le DESI semble bien parti pour nous livrer de nouvelles pièces de ce grand puzzle. Il n’a pas encore montré tout ce dont il était capable et va continuer à monter en régime. Il y a donc fort à parier qu’il va faire émerger de nouveaux éléments de plus en plus probants sur les quatre prochaines années. Une perspective ô combien excitante pour les chercheurs impliqués, car cela marque le début d’une nouvelle ère dans la chasse à l’énergie noire : celle de l’expérimentation concrète.
« Cela ne fera qu’apporter plus de profondeur et de clarté à notre compréhension de l’énergie noire, que cela continue ou non à soutenir l’hypothèse du trou noir », se réjouit Steve Ahlen, un autre co-auteur de l’étude. « Je pense que c’est un merveilleux effort expérimental. On peut avoir des idées préconçues ou non, mais nous sommes guidés par les données et les observations. »
« Fondamentalement, la question de savoir si les trous noirs sont de l’énergie noire, couplée à l’univers qu’ils habitent, n’est plus seulement une question théorique », conclut Tarlé. « Maintenant, c’est une question expérimentale ! »
Le texte de l’étude est disponible ici.
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« aussi appelée constate de Hubble-Lemaître »
Une theorie d’un big bounce se précise.
Avec comme acteurs principaux des trous noirs originaux.
Il est fort probable que l’on entende parler prochainement d’énegie répulsive du “vide” cosmique….
Je pose ca la, mais qui vous dit que notre univers n’est pas tout simplement un trou noir, en sachant que si un trou noir évolue en même temps que ça masse, le fameux big Bang pourrais très bien être la création d’un trou noir dans une autre galaxie ce qui aurait créé la nôtres et toute l’énergie aspirer par ce trou noir serait rejeté ce que qui expliquerait également l’expansion de l’univers, ça reste que théorique mais ça expliquerais egalement d’ou vient cette énergie noir éparpillé dans notre univers
Mai, si donc, l’univers s’expand dans le néant, se pourrait il qu’il se disloque, en laissant des troues tel que le néant, étant donc, une activité, inverse, a l’expansion de l’univers, qui attirerait, les éléments, dans sa proximité, les disloquant et créant, de la matière noir, qui serait à son tour, attractive, si bien, que si l’univers, s’en disperserait, en se disloquant et laisserait alors, la matière noir, s’attirant et attirant, enfin, à elle, tout élément.
Bon deja la représentation du big Bang est de la fantaisie surtout que beaucoup remettrer la théorie en question pourquoi toujours maquiller un mensonge en vérité la théorie de Darwin la théorie du big bang tout ca bas de l’aile
Je suis étonné à la lecture de et article alors que Jean Pierre PETIT ingénieur astro physicien Français à déjà repondu à toutes ces questions par l’étude et l’expérimentation de son modèle JANUS à énergie de masse négative qui explique l’expansion de l’univers par la gravitation répulsive.
Bonjour oui je suis d accord avec vous et d ailleurs Nassim Haramein à lui aussi démontré sa théorie par une équation qui équilibre avec prescision toute l’énergie contenue dans l.univers.
La physique newtonienne ne parle pas d’expansion de l’univers. C’est un concept relativiste
Face au trou noir on avait imaginé les trous blanc en opposition qui produirait de l’énergie (lumière ou matière) ! Il n’a jamais été observer dans l’univer! Ce trou blanc est peut-être en fait l’énergie noir ?? Énergie qui fait dilater l’espace temps !
Qu’est-ce qui prouve que la terre n’a pas de rapport direct avec les trous noirs