Des astronomes ont détecté un événement de microlentille gravitationnelle qui pourrait être dû à un trou noir primordial situé dans le halo de la Voie lactée, dans la direction du Grand Nuage de Magellan. Baptisée Phoebe, elle a généré un effet de microlentille gravitationnelle qui a brièvement amplifié la lumière d’une étoile pendant environ une heure en passant devant celle-ci. Ces caractéristiques pourraient correspondre à un petit trou noir primordial susceptible de constituer la matière noire, selon les analyses de l’équipe.
Les lentilles gravitationnelles sont des phénomènes astronomiques se produisant lorsqu’un objet massif et compact passe devant un autre et amplifie sa lumière, un peu à la manière d’une loupe géante, par le biais de son attraction gravitationnelle. Ce phénomène permet d’observer des objets lointains que nos instruments ne pourraient détecter.
Les microlentilles gravitationnelles sont une variante de ce phénomène, permettant notamment de détecter des objets compacts dont les masses peuvent aller de l’ordre de celle d’une planète à celle d’une étoile. Elles figurent parmi les seuls outils permettant de détecter des objets très éloignés, froids et compacts. Combinées à la détection d’ondes gravitationnelles, elles constitueraient également l’unique moyen de détecter les sous-structures macroscopiques hypothétiques de la matière noire, telles que les trous noirs primordiaux.
Dans une étude parue récemment sur le serveur de prépublication arXiv, un groupe d’astronomes international rapporte avoir peut-être identifié l’un de ces trous primordiaux en repérant une microlentille gravitationnelle dans le Grand Nuage de Magellan.
« On suppose que les trous noirs primordiaux (PBH) se forment durant l’inflation [cosmique] et ont longtemps été considérés comme candidats à la matière noire compacte », expliquent les chercheurs. « La microlentille gravitationnelle est reconnue comme une méthode productive pour la découverte et la caractérisation d’exoplanètes, mais elle offre également une voie expérimentale pour contraindre l’abondance des trous noirs primordiaux dans la gamme de masses de ∼10−11 masses solaires. »
Trois hypothèses pour un visiteur insaisissable
La microlentille gravitationnelle détectée par les chercheurs a été repérée le 18 décembre 2019, lorsqu’une étoile du Grand Nuage de Magellan a brièvement gagné en luminosité. Ce n’était pas une fluctuation spectaculaire, mais plutôt une augmentation brève, lisse et symétrique de sa luminosité durant environ une heure, comme si un objet était passé devant elle et avait amplifié sa lumière. Après cet épisode, sa luminosité est revenue à son niveau habituel et aucune nouvelle variation similaire n’a été observée dans les données disponibles.
Les experts avancent trois hypothèses possibles quant à l’objet, baptisé Phoebe, qui pourrait être à l’origine de la microlentille. La première serait une planète errante éjectée de son système solaire et se déplaçant dans la Voie Lactée. La seconde serait également une planète errante mais se déplaçant dans le Grand Nuage de Magellan, ce qui en ferait une candidate au titre de première exoplanète extragalactique détectée par microlentille gravitationnelle.
La troisième possibilité serait un trou noir primordial de très faible masse, formé dans l’Univers primordial à partir de fluctuations de densité suffisamment importantes pour s’effondrer gravitationnellement.
Les analyses de l’équipe indiquent que Phoebe a une masse qui se situerait à environ trois fois celle de la Lune, ce qui est inférieur à celle des planètes du Système solaire, mais reste compatible avec l’hypothèse d’une planète errante de très faible masse.
Cette masse est également bien en dessous des masses typiques des trous noirs stellaires, généralement de plusieurs masses solaires. Elle correspondrait davantage aux trous noirs primordiaux, des trous noirs de très faible masse qui pourraient se former à partir des fluctuations de densité caractérisant l’Univers primordial.
Les chercheurs ont également calculé la probabilité que l’objet appartienne soit à la population d’étoiles de la Voie Lactée, soit aux étoiles du Grand Nuage de Magellan, soit au halo de matière noire qui les entoure. L’analyse indique que l’objet est cinq ordres de grandeur plus susceptible d’appartenir au halo de matière noire de la Voie lactée qu’au contenu stellaire de la Voie lactée et du Grand Nuage de Magellan.
« Une analyse probabiliste de la profondeur optique indique que l’objet à l’origine de cet effet, que nous appelons Phoebe, a cinq ordres de grandeur plus de chances d’appartenir au halo de matière noire de la Voie lactée qu’au contenu stellaire de la Voie lactée et du Grand Nuage de Magellan », écrivent les chercheurs. Si leur hypothèse se confirme, Phoebe figurerait parmi les candidats les plus intéressants à ce jour pour un trou noir primordial de masse lunaire.
