Une équipe d’astrophysiciens a étudié la croissance des trous noirs – et a peut-être trouvé l’origine de l’énergie noire à l’origine de l’expansion de l’univers.

NasaReprésentation artistique d’un trou noir supermassif.

Pendant des décennies, les scientifiques se sont interrogés sur «l’énergie noire», une force énigmatique à l’origine de l’expansion de l’univers. Aujourd’hui, une équipe de 17 astrophysiciens de neuf pays vient de découvrir des preuves indiquant une origine surprenante de l’énergie noire : les trous noirs.

Après que le Big Bang a créé l’univers il y a 13,8 milliards d’années, l’énergie de l’explosion a propulsé des matériaux à travers l’univers. Les premiers astrophysiciens savaient que l’univers se développait rapidement à cette époque, mais ils supposaient qu’il ralentirait progressivement en raison de la force d’attraction de la gravité.

Puis, dans les années 1990, le télescope Hubble a redéfini la compréhension scientifique de l’univers en révélant qu’il se développait plus rapidement aujourd’hui qu’il y a des milliards d’années. Cela posait un problème aux astrophysiciens. Si la force de gravité rapprochait les objets les uns des autres, qu’est-ce qui provoquait une expansion plus rapide de l’univers ?

La communauté scientifique a déterminé qu’une force mystérieuse plus forte que la gravité, appelée « énergie noire », propulsait l’univers en expansion.

Selon nos connaissances actuelles, l’énergie noire représente environ 68 % de toute la matière de l’univers. En comparaison, la matière normale ne représente que 5 % de l’univers et la matière noire environ 27 %.

Pourtant, aucun chercheur n’a été en mesure de décrire de manière exhaustive ce qu’est l’énergie noire, ni d’où elle vient. Pendant des années, les gens ont émis l’hypothèse que cela pourrait provenir de trous noirs, mais c’était une théorie relativement radicale sans aucune preuve scientifique. Jusqu’ici.

Une paire d’études, dirigée par Duncan Farrah et Kevin Croker de l’Université d’Hawaï et publiée dans Le Journal Astrophysique et Les lettres du journal astrophysiquejettent un nouvel éclairage sur ce qui pourrait se passer à l’intérieur des trous noirs.

« Mon intérêt pour ce projet est vraiment né d’un intérêt général à essayer de déterminer des preuves d’observation qui soutiennent un modèle de trous noirs qui fonctionne quelle que soit la durée pendant laquelle vous les regardez », a déclaré Farrah. SciTechDaily. « C’est une chose très, très difficile à faire en général, parce que les trous noirs sont incroyablement petits, ils sont incroyablement difficiles à observer directement et ils sont très, très loin. »

L’équipe a entrepris de mesurer la croissance des trous noirs sur des milliards d’années. Pour ce faire, ils auraient besoin de trouver de vieilles galaxies qu’ils pourraient observer à la fois au début et à la fin de leur vie.

« Il faudrait identifier une population de trous noirs et identifier leur distribution de masse il y a des milliards d’années », a déclaré le co-auteur de l’étude et physicien de l’Université du Michigan, Gregory Tarlé. SciTechDaily. « Alors vous devriez voir la même population, ou une population ancestralement connectée, à l’heure actuelle et être à nouveau capable de mesurer leur masse. C’est une chose vraiment difficile à faire.

L’équipe a opté pour l’observation de trous noirs au milieu de galaxies elliptiques, parmi les plus grandes et les plus anciennes de l’univers. Parce que ces galaxies ont généralement épuisé leurs matériaux, laissant peu de nourriture aux trous noirs, les trous noirs au centre d’entre eux auraient dû ralentir leur processus de croissance.

Au lieu de cela, après avoir examiné le développement de ces galaxies sur une période de milliards d’années, les chercheurs ont découvert que les trous noirs avaient continué de croître à des taux déconcertants.

ESA/Hubble & NASA, P. CôtéLes chercheurs ont étudié la galaxie elliptique Messier 59 pour déterminer si le trou noir en son centre s’était étendu tout au long de sa durée de vie de 9 milliards d’années.

L’équipe a découvert que ces trous noirs sont de sept à vingt fois plus gros aujourd’hui qu’ils ne l’étaient il y a neuf milliards d’années, ce qui contredit apparemment les hypothèses selon lesquelles seule la masse alimentait leur croissance.

Selon les recherches de l’équipe, les trous noirs sont essentiellement « couplés cosmologiquement » avec l’univers : à mesure que les trous noirs gagnent en masse, l’univers se dilate. En d’autres termes, les trous noirs se développent en conjonction avec l’expansion de l’univers.

L’équipe a également suggéré qu’au lieu d’avoir un centre qui s’effondre à l’infini, les trous noirs contiennent et émettent de l’énergie noire. Bref, les trous noirs pourraient être à l’origine de l’énergie responsable de la croissance de l’univers.

Selon AlerteSciencel’équipe a travaillé pour déterminer la quantité d’énergie noire pouvant être produite par ce processus de « couplage », et a calculé que les trous noirs étaient capables de produire suffisamment pour représenter toute l’énergie noire qui existe dans l’univers aujourd’hui.

L’équipe a également souligné que les explications existantes du comportement des trous noirs, telles que la fusion des trous noirs et l’accumulation de gaz, ne peuvent pas suffisamment tenir compte de l’évolution des trous noirs sur des milliards d’années.

« Nous disons vraiment deux choses à la fois : qu’il existe des preuves que les solutions typiques de trou noir ne fonctionnent pas pour vous sur une longue, très longue échelle de temps, et nous avons la première source astrophysique proposée pour l’énergie noire », a déclaré Farrah. SciTechDaily.

Bien que l’idée que les trous noirs produisent de l’énergie noire ne soit pas nouvelle, ces études sont les premières à présenter des preuves indiquant que le « couplage cosmologique » est la raison de l’expansion de l’univers.

Cette recherche correspond également à la théorie proposée par Albert Einstein, et plus tard rejetée, selon laquelle une «constante cosmologique» agissait contre la gravité et empêchait l’univers de s’effondrer sur lui-même.

Bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires pour tester les découvertes de l’équipe et déterminer leur validité, les astronomes sont néanmoins ravis de découvrir d’autres réponses possibles aux secrets de l’expansion universelle.

« Si cela était confirmé, ce serait un résultat remarquable, ouvrant la voie à la prochaine génération de solutions de trous noirs », a déclaré Farrah à SciTechDaily.

« Cette mesure, expliquant pourquoi l’univers accélère maintenant, donne un bel aperçu de la force réelle d’Einstein [theories] », a ajouté Crocker. « Un chœur de petites voix réparties dans tout l’univers peut travailler ensemble pour diriger le cosmos tout entier. À quel point cela est cool? »

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