Crédit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman
Une équipe internationale comprenant un chercheur de l’Université Bishop’s avance une hypothèse qui pourrait bien bouleverser notre compréhension de l’Univers. Selon elle, l’énergie noire, une force mystérieuse dont on ignore tout, pourrait être « contenue » dans les trous noirs.
Les trous noirs supermassifs, ces puits de gravité siégeant au centre des galaxies, pourraient constituer la source de l’énergie noire. C’est l’idée proposée par 17 astronomes de 9 pays, menés par Duncan Farrah, de l’Université d’Hawaii. Le groupe s’est appuyé sur des mesures astronomiques s’étalant sur 9 milliards d’années pour étayer leur hypothèse, dans deux articles parus dans The Astrophysical Journal et The Astrophysical Journal Letters.
Contrairement à ce que laisse penser le vocabulaire utilisé, énergie noire et trous noirs n’ont a priori rien à voir. L’énergie noire est une force que l’on présume le plus souvent répartie dans l’Univers, de manière diffuse, mais dont on ne sait rien. Les trous noirs, eux, sont des astres bien étudiés, de taille et de masse variables, qui parsèment le cosmos. L’idée d’un lien entre les deux n’est pas tout à fait nouvelle, mais elle restait purement théorique.
Québec Science s’est entretenu avec l’un des scientifiques de l’équipe, Valerio Faraoni, professeur au Département de physique et d’astronomie de l’Université Bishop’s, pour mieux comprendre l’audacieuse proposition, qui pourrait lever le voile sur l’un des plus grands mystères du cosmos.
Québec Science : Pouvez-vous rappeler ce qu’est l’énergie noire et pourquoi elle est si mystérieuse?
Valerio Faraoni : L’univers est en expansion; on le sait depuis les années 1920. Mais en 1998, on a découvert que cette expansion accélère. On ne s’y attendait pas! Qu’est-ce qui cause cette accélération? Pour répondre à la question, les astronomes ont dû inventer du jour au lendemain l’énergie noire [une force « répulsive », en quelque sorte]. Cette énergie constitue 70% du contenu de l’Univers, mais on ne sait pas ce que c’est. Les théoriciens ont produit énormément de modèles pour l’expliquer, et beaucoup d’entre eux sont compatibles avec les données, ce qui ne nous avance à rien… Aucun n’a encore été validé.
QS : Que propose votre groupe de recherche ?
VF : Nous proposons deux idées : premièrement, les trous noirs sont connectés à l’expansion de l’Univers et, deuxièmement, les trous noirs pourraient être la source de l’énergie noire. On s’est basés sur une théorie existante, un modèle de « couplage cosmologique », prédit par la théorie de la gravité d’Einstein, et on a montré que cela tenait la route en étudiant une population de trous noirs.
Ainsi, les trous noirs seraient affectés par l’expansion de l’Univers; leur masse semble augmenter en lien avec cette expansion, un peu comme s’ils étaient étirés au fur et à mesure [et que leur masse augmentait proportionnellement à la taille de l’Univers].
Finalement, les trous noirs pourraient eux-mêmes affecter la vitesse d’expansion de l’Univers, mais cette idée est beaucoup plus spéculative.
QS : Comment en êtes-vous arrivés à ces conclusions?
VF : Il y a un problème avec les trous noirs, que ce soit les trous noirs stellaires [issus de l’effondrement d’une étoile morte sur elle-même] ou les trous noirs supermassifs. Ces objets grossissent en accumulant de la matière et des gaz ou en fusionnant. Mais on sait que certains trous noirs ont des masses trop élevées pour être expliquées par les phénomènes astrophysiques d’accrétion et de fusion. On ne comprend pas comment ils ont pu devenir si gros si rapidement, en d’autres termes.
Notre groupe a étudié des trous noirs supermassifs dans de nombreuses galaxies mortes, des galaxies dites elliptiques, dans lesquelles il n’y a pas de jets de matière ni d’accrétion. C’était le meilleur endroit pour observer l’évolution de la masse des trous noirs sur une longue période de temps. On ne parle pas ici de 50 ans, ni d’un million d’années, mais de 9 milliards d’années d’histoire cosmologique! Une bonne fraction de l’âge de l’Univers.
QS : Comment interprétez-vous les résultats?
VF : Les masses de ces trous noirs augmentent avec le temps dans les mêmes proportions que ce que prédit le modèle. Ces objets grossissent donc bel et bien indépendamment de phénomènes astrophysiques locaux, et sont couplés à l’expansion. Il y a une marge d’erreur, mais c’est pour moi le constat le plus important de l’étude.
Quant à savoir s’ils renferment de l’énergie noire : on doit être prudents. On ne prétend pas avoir prouvé quoi que ce soit, mais la population de trous noirs dans l’Univers pourrait être la source de l’énergie noire.
Ce qui est compliqué, c’est qu’on ne peut pas étudier les trous noirs en laboratoire! On ne sait pas ce qu’il y a à l’intérieur. Tout se joue plutôt dans des équations complexes, et les solutions à ces équations ne sont pas intuitives.
QS: Comment réagit la communauté scientifique à la parution de vos articles?
VF: On a reçu les premières critiques trois heures après la parution! La communauté scientifique va argumenter et discuter, et c’est très bien : c’est ce que l’on attend. Tout ce que nous affirmons pour l’instant, c’est qu’il y a quelque chose d’intéressant là et que ce serait bien de regarder de plus près!
Avec les outils actuels, comme le télescope spatial James-Webb, d’autres équipes devraient être capables de confirmer nos mesures et d’étendre l’étude à d’autres galaxies.
Dans tous les cas, c’est excitant : on pense voir un aperçu de ce qu’on appelle la nouvelle physique, qu’on n’avait pas vue avant parce qu’on n’avait pas regardé au bon endroit ni sur une assez longue période.
Et la beauté de notre modèle, c’est qu’il n’y pas besoin d’inventer des ingrédients exotiques ou une modification de la gravité pour expliquer l’énergie noire. Car les trous noirs existent bel et bien.
Pour aller plus loin, relisez nos reportages :