En 1915, la théorie de la relativité générale publiée par Albert Einstein prédisait l'existence de trous noirs, ces objets au champ gravitationnel si fort qu'aucun rayonnement ne peut s'en échapper.
On en distingue quatre catégories, parmi lesquelles les trous noirs stellaires, qui résultent de l'effondrement d'une étoile massive sur elle-même.
Au centre de nombreuses galaxies, il existe aussi des trous noirs dits supermassifs, les plus grands de tous, qui contiennent entre 100.000 et 10 millions de fois la masse de notre Soleil.
À deux reprises, les astronomes sont parvenus à en faire des images: une prise au cœur de la galaxie M87, et l'autre portant sur le trou noir Sagittarius A*, au sein même de notre Voie lactée.
Les vieux de la vieille
Mais Interesting Engineering s'intéresse aujourd'hui aux trous noirs primordiaux, ou primitifs (PBH). Leur origine est différente des autres, puisqu'ils se sont formés aux débuts de l'univers en raison de fluctuations de densité de la matière, et grâce à des températures et pressions extrêmement élevées.
En théorie, ces trous noirs primordiaux peuvent mesurer n'importe quelle taille: ils peuvent être plus petits qu'une particule subatomique, ou bien s'étaler sur plusieurs centaines de kilomètres. Leur densité est pour le moins élevée: par exemple, un PBH peut très bien faire la taille d'un atome mais avoir la même masse que l'Everest.
Ces trous noirs perdent de la masse à une vitesse très élevée et finissent par s'évaporer, émettant ce que l'on nomme un rayonnement de Hawking.
Jusqu'ici, les astronomes n'ont pas été en mesure d'observer ce type de trou noir. Mais la science continue de poursuivre cet objectif, qui permettrait très probablement d'effectuer des avancées dans la tentative de mieux comprendre la matière noire. C'est peut-être par l'observation des interactions entre les PBH et les étoiles à neutrons que viendra la réussite.
Les étoiles à neutrons, ce sont ces amas de neutrons maintenus ensemble sous les effets de la gravitation. Ils résultent de l'effondrement de certaines étoiles massives. Ils sont microscopiques mais leur densité est incroyable: une cuillère à soupe de neutrons de ce type peut peser plusieurs millions de tonnes.
Sursauts gamma
Environ vingt fois par an, un PBH de la taille d'un atome rencontre une étoile à neutrons très ancienne, dont la température est basse et dont la rotation est en fin de course.
Deux scénarios sont alors envisageables: soit le trou noir primordial est absorbé par l'étoile à neutrons, soit il pivote autour de celle-ci et reprend sa course dans l'infinité de l'espace. De ces deux possibilités naissent deux orbites bien distinctes, qui créent des signaux très différents.
L'interaction crée en tout cas une explosion rapide et puissante qui génère des faisceaux de radiations à haute énergie: on appelle cela un sursaut gamma.
Dans la situation étudiée par Interesting Engineering, celui-ci dure environ trente-cinq secondes. Et c'est à condition de pouvoir étudier ce type d'explosion que l'on pourrait attester de façon concrète de l'existence d'un PBH. On croise les doigts.
