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Une hypothèse (qui a déjà 50 ans) prédisant l’existence de corps appelés GEODEs (Generic Objects of Dark Energy, soit Objets Génériques d’Énergie Noire) a été mise en lumière par le biais d’une correction proposée aux théories que nous utilisons pour modéliser la manière dont l’univers est en expansion.

Si cette nouvelle version de modèle cosmologique classique est correcte, cela signifierait que certains trous noirs pourraient bien abriter des noyaux d’énergie noire pure, ce qui provoquerait et maintiendrait l’expansion de l’univers.

L’astrophysicien Kevin Croker de l’Université d’Hawaï et le mathématicien Joel Weiner se sont associés pour mettre en lumière le fait que la quantité de données, par rapport à la taille et à la croissance de l’univers en général, est beaucoup trop faible. Et donc, par la même occasion, potentiellement hors propos.

« Pendant 80 ans, nous avons de manière générale eu tendance à penser que l’univers n’était pas affecté par des éléments particuliers d’une petite région » a déclaré Croker. « Mais il est à présent clair que la relativité générale peut relier de manière observable des étoiles effondrées (des régions de la taille d’Honolulu) au comportement de l’univers dans son ensemble, qui lui est plus d’un milliard de fois plus grand », a-t-il ajouté.

trou noir composition matiere noire

Des objets tels que Powehi, un objet compact supermassif récemment imagé et se trouvant au centre de la galaxie M87, pourraient en réalité être des GEODEs. Le GEODE Powehi, montré ici en détails (encadré vert), a été imagé par le télescope Event Horizon. La région contenant de l’énergie noire est imagée ici en vert (dans l’encadré). Les propriétés de toute croûte (violet), si elles sont présentes, dépendent du modèle de GEODE. Crédits : EHT/NASA/CXC/Villanova University

Non seulement cette interprétation alternative de la physique fondamentale pourrait changer notre compréhension de l’expansion de l’univers, mais nous pourrions aussi être amenés à repenser la manière dont cette expansion affecte les objets environnants dans l’univers, tels que les noyaux d’étoiles qui s’effondrent.

Le fait que l’espace soit en constante expansion, et ce depuis 13.8 milliards d’années, est à présent une caractéristique largement acceptée concernant l’univers. L’ensemble des équations que nous utilisons pour décrire cette expansion a été mis sur papier par le physicien russe Alexander Friedmann, il y a à peine plus d’un siècle. Ces équations ont permis de fournir une solution à la théorie de la relativité générale d’Einstein, qui sous-tend maintenant notre modèle global de la cosmologie.

trou noir m87

Cette image de l’horizon des événements du trou noir supermassif situé au centre de la galaxie M87 confirme les prédictions de la relativité générale : la déformation de la lumière révèle la structure de l’horizon des événements. Crédits : Nation Science Foundation

Cependant, bien que les équations de Friedman aient été extrêmement utiles, elles reposent sur l’hypothèse que toute matière se trouvant dans l’espace en expansion possède une composition similaire et donc, de ce fait, s’étend de manière équitable à travers l’univers. Cela signifie que nous avons tendance à ignorer les orbites des étoiles et des galaxies, tout comme nous ne pourrions pas inclure des canards dans les hydrodynamiques d’un lac, par exemple.

Cependant, Croker et Weiner se demandent ce qui pourrait arriver à l’espace et les objets qu’il contient si nous faisions quelques changements raisonnables aux données qui alimentent ces hypothèses. Et les conséquences ne sont pas anodines ! En effet, selon leur modèle ajusté, les contributions moyennes des canards (métaphoriques) pourraient bien affecter les eaux du lac après tout… De plus, l’expansion du lac leur ferait perdre ou gagner de l’énergie en fonction de leur espèce.

Théoriquement, cette interprétation impliquerait de prendre en compte la croissance de l’Univers lors de la description de certains phénomènes, tels que la mort d’une étoile par exemple.

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En 1966, un physicien russe, Erast Gliner, s’est demandé à quoi ressembleraient certaines densités de l’espace (près du Big Bang et en matière de relativité), à la manière d’un vide qui pourrait contrer les effets de la gravité. Sa solution ressemblait à un trou noir, vu de l’extérieur. Sauf qu’à l’intérieur, une bulle d’énergie se propageait contre l’univers environnant.

trou noir disque accrétion quasar

Vue d’artiste d’un quasar entourant un trou noir supermassif. Bien que rien qui “tombe” dans le trou noir ne puisse s’en échapper, sa gravité extrême génère la formation d’un disque d’accrétion composé de particules lumineuses et de gaz, qui l’entourent. Crédits : Yoshiki Matsuoka

C’est un demi-siècle plus tard, que les astrophysiciens se sont finalement lancés à la recherche d’un tel pouvoir de poussée. Aujourd’hui, nous appelons cette énergie non décrite “énergie sombre”, ou “énergie noire”, mais la poche de néant relativiste de Gliner pourrait-elle être à l’origine de l’expansion accélérée de notre univers ?

D’après les travaux de Croker et de Weiner, si seulement quelques anciennes étoiles s’étaient effondrées pour générer des GEODEs (au lieu des assomptions plus typiques et acceptées aujourd’hui), leur effet moyen sur l’espace en expansion ressemblerait à de l’énergie noir.

Mais les deux scientifiques vont encore plus loin, en appliquant leur modèle corrigé à la toute première détection et observation d’ondes gravitationnelles (résultat d’une collision de trous noirs) mesurées par LIGO. Afin que les calculs puissent correspondre, les chercheurs ont supposé que les étoiles qui ont formées les trous noirs en fusion se sont elles-mêmes forgées dans un environnement à faible métallicité, ce qui les rend rares.

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Techniquement, l’énergie d’un GEODE devrait évoluer parallèlement à la croissance de l’univers, se compactant efficacement comme l’équivalent cosmologique d’un « décalage vers le bleu » (qui est l’effet contraire du décalage vers le rouge, se produisant lorsque la distance séparant une source lumineuse de l’observateur devient de plus en plus faible).

Les trous noirs sont des objets fascinants. Par exemple, des événements de destruction par effets de marées se produisent lorsqu’une étoile s’approche si près d’un trou noir qu’elle en subit les forces de marées gravitationnelles. Ces dernières entraînent la destruction progressive de l’étoile, qui émet alors des rayonnements électromagnétiques détectables. Crédits : NASA/CXC/M. Weiss

Si les trous noirs en fusion étaient des GEODEs, selon les chercheurs, il ne serait pas nécessaire de supposer que les trous noirs sont nés dans un espace inhabituel dans un premier temps. « Ce que nous avons montré, c’est que s’il y en a (des GEODEs), ils peuvent facilement donner lieu à des phénomènes qui fournissent actuellement des explications convaincantes », ont déclaré les chercheurs.

« Nous prévoyons de nombreuses autres conséquences d’observation d’un scénario à GEODEs, y compris de nombreuses manières de l’exclure ! Nous avons à peine commencé à gratter la surface », ont-ils ajouté.

Dans tous les cas, tester des hypothèses comme celles-ci, qui sont vastement acceptées à travers le monde, reste une partie essentielle de la physique. Nous en apprendrons davantage lorsque d’autres recherches sur le sujet auront été menées.

Sources : The Astronomical Journal, PhysOrg

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