Trous noirs primordiaux

Pour les articles homonymes, voir Trou noir (homonymie) et Primordial.

Un trou noir primordial est un type de trou noir hypothétique, formé non pas par effondrement gravitationnel mais par la présence de régions extrêmement denses de l'Univers primitif. Dans ces premiers instants, selon la théorie du Big Bang, la pression et la température étaient si élevées que de simples fluctuations de densité de la matière suffisaient pour amorcer un effondrement gravitationnel très rapide. Alors que la plupart des régions de hautes densités furent dispersées dans l'expansion qui suivit, les trous noirs primordiaux restèrent stables, et devraient être encore présents aujourd'hui. Aucun à ce jour (début 2009) n'a été cependant clairement observé ou détecté.

Une manière de détecter les trous noirs primordiaux serait d'observer leur évaporation ou, radiation d'Hawking. D'après les équations établies par Hawking, les trous noirs s'évaporent à une vitesse inversement proportionnelle à leur masse. Ainsi, des trous noirs de faible masse pourraient être à l'origine de très puissantes radiations, tandis que les trous noirs stellaires ne s'évaporent que très lentement. Comme les trous noirs primordiaux ne résultent pas d'un effondrement gravitationnel, ils pourraient être de n'importe quelle taille : ainsi, un trou noir primordial de 10¹² kg (un milliard de tonnes) à l'origine aurait une durée de vie à peu près égale à l'âge de l'Univers. Si un tel trou noir existe, nous devrions pouvoir l'observer encore aujourd'hui, car son rayonnement bref eut été très intense. D'après Hawking, les trous noirs primordiaux n'auraient laissé aucune trace après leur explosion rapide. Cependant, une autre approche théorique considère qu'à la manière des supernovæ, des résidus existent et que leur masse est au maximum de 10⁵ g ^{[réf. nécessaire]}.

Or, un des grands défis de l'astrophysique actuelle est d'expliquer où se cache la plus grande partie de la masse de l'Univers, appelée matière noire. Ces résidus, quand bien même seraient-ils peu nombreux comparés aux milliards de milliards d'étoiles, représentent selon certains astronomes de bons candidats. Il est vrai que cette éventualité est considérée comme improbable, mais les trous noirs primordiaux ont également été suggérés comme une explication plausible des sursauts gamma. Quel que soit l'avenir de ces théories, ces mini-trous noirs ont aidé les cosmologistes à développer l'étude de la densité dans l'Univers primitif.

Évidemment, l'ensemble de ces théories reste suspendu à l'existence de tels trous noirs primordiaux, ce qui a relancé la course à la détection. Autre piste envisagée : la création artificielle de mini trous noirs, a priori inoffensifs, au collisionneur à hadrons du CERN, à Genève en Suisse appelé le LHC (Large Hadron Collider).

Bibliographie

• (en) S.W. Hawking, Commun.Math. Phys. 43 (1975) 199, Voir en ligne : L'article avec lequel tout a commencé !
• (en) D. Page, Phys. Rev. D 13 (1976) 198, Voir en ligne : Premières études détaillées de l'évaporation.
• B.J. Carr & S.W. Hawking, MNRAS 168 (1974) 399, Lien ADS: Liens entre les trous noirs en évaporation et la physique de l'Univers primordial
• (en) A. Barrau et al., Astronomy and Astrophysics 388 (2002) 676, Article disponible sur arXiv : astro-ph/0112486. (en)
• (en) A. Barrau et al., Astronomy and Astrophysics 398 (2003) 403, Article disponible sur arXiv : astro-ph/0207395. (en)
• (en) A. Barrau et al., ApJ 630 (2005) 1015, Article disponible sur arXiv : astro-ph/0505436. (en): Recherche expérimentale des trous noirs primordiaux par l'antimatière qu'ils émettent
• (en) A. Barrau & G. Boudoul, Exposé de revue à la Conférence Internationale de Physique Théorique TH2002, Article disponible sur arXiv : astro-ph/0212225. (en) : Cosmologie avec les trous noirs primordiaux
• (en) A. Barrau & J. Grain, Phys. Lett. B 584 (2004) 114, Article disponible sur arXiv : hep-ph/0311238. (en) : Recherche de nouvelle physique (gravitation quantique) avec l'évaporation des petits trous noirs
• (en) P. Kanti, Int. J. Mod. Phys. A19 (2004) 4899, Article disponible sur arXiv : hep-ph/0402168. (en): Évaporation des micro trous noirs et dimensions supplémentaires.

• Portail de l’astronomie
• Portail de la physique