Bien que les scientifiques sachent qu’il existe un un trou noir supermassif au centre de la plupart des galaxies, ils ne peuvent pas expliquer comment les géantes gravitationnelles se sont formées.
Mais les physiciens Hooman Davoudiasl, Peter Denton et Julia Gehrlein du Laboratoire national de Brookhaven du Département américain de l’énergie (DOE) à New York ont déterminé une théorie plausible : une “transition de phase cosmologique” de matière noire ultra-légère.
Selon le modèle de l’équipe, le supermassif trous noirs aurait pu se former alors que l’univers se refroidissait de son état chaud et dense – avant la formation des galaxies. “Lorsque la température de l’univers est idéale, la pression peut soudainement chuter à un niveau très bas, permettant à la gravité de prendre le dessus et à la matière de s’effondrer”, a déclaré Denton. dit dans un communiqué.
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Mais les particules connues ne se comporteraient pas tout à fait correctement dans ces conditions pour former des trous noirs supermassifs. Les chercheurs ont donc émis l’hypothèse qu’une forme de matière encore inconnue – la matière noire ultralégère, qui serait 28 fois plus légère qu’un proton au cœur d’un atome – pourrait être la clé du processus.
“La fréquence des interactions entre les particules connues suggère que la matière, telle que nous la connaissons, ne se serait pas effondrée en trous noirs de manière très efficace”, a déclaré Denton. “Mais, s’il y avait un secteur sombre avec de la matière noire ultra-légère, l’univers primitif aurait peut-être eu les conditions idéales pour une forme d’effondrement très efficace.”
Cet effondrement de l’ultra-léger matière noire serait une transition de phase semblable à de l’eau bouillante se transformant en vapeur, mais à l’envers et à l’échelle de l’univers – et ce serait assez dramatique pour expliquer comment les trous noirs supermassifs sont devenus si massifs si rapidement.
La plupart des trous noirs se forment lorsqu’un Star s’effondre, puis collectent de la masse au fil du temps soit en collectant de la matière qui tombe dans le trou noir, soit en entrant en collision avec d’autres trous noirs.
Mais les trous noirs supermassifs, qui ont des millions ou des milliards de fois plus de masse que les trous noirs ordinaires, sont beaucoup trop grands pour se former par ces moyens, car les scientifiques pensent que les mastodontes se sont formés très tôt dans l’histoire de notre univers, ce qui ne leur laisserait pas assez de temps pour acquérir autant de masse. Mais le modèle d’effondrement de la matière noire ultra-légère de l’équipe de Brookhaven fournit une explication potentielle – et un signal à rechercher.
“Ces effondrements sont un gros problème. Ils émettent ondes gravitationnelles“, a déclaré Denton.” Ces ondes ont une forme caractéristique, nous faisons donc une prédiction pour ce signal et sa gamme de fréquences attendue. “
La technologie actuelle n’est pas assez sensible pour détecter ce signal, mais d’ici là, a-t-il dit, les chercheurs continueront à affiner leur modèle.
Un document décrivant la théorie a été publié dans Lettres d’examen physique le fév. 23.
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