Vue d’artiste des données collectées par l’instrument DESI, lors de sa première année de fonctionnement. Il va cataloguer à terme plus de 35 millions de galaxies. Photo : DESI Collaboration/KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Horálek/R. Proctor
En soutenant que les trous noirs sont plus que de simples puits gravitationnels, des scientifiques donnent un coup de pied dans la fourmilière de nos modèles cosmiques.
Non seulement l’Univers prend de l’expansion, mais celle-ci est de plus en plus rapide. Et si les trous noirs étaient responsables de cette accélération ? C’est l’hypothèse intrigante défendue par une équipe de scientifiques des États-Unis dans une étude parue à l’automne 2024 dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. Pourquoi intrigante ? Parce que, depuis qu’on a constaté cette accélération en 1998, on s’arrache les cheveux pour comprendre la nature de la mystérieuse force – baptisée énergie noire – responsable du phénomène.
À partir de données captées par 5000 yeux robotisés juchés sur le télescope Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), dans le désert de l’Arizona, l’équipe soutient que la matière gobée par les trous noirs se transforme en énergie sombre, « comme un petit Big Bang joué à l’envers », lit-on dans un communiqué de presse.
L’énergie noire, il faut le dire, donne bien des maux de tête aux cosmologistes. Elle a beau représenter 70 % du contenu de l’Univers, contre 25 % de matière noire et un maigre 5 % de matière ordinaire, qui constitue par exemple les étoiles et les planètes, on ignore tout de son origine et de sa nature. Enfin, presque. À peine sait-on que cette énergie est apparue il y a de 6 à 9 milliards d’années, poussant l’Univers à s’agrandir de façon accélérée, et gagnant sans cesse en puissance.
Les conclusions de ces travaux reposent sur des observations aussi répétées que constantes. Au fil de l’histoire de l’Univers, la quantité d’énergie noire augmente au même rythme que la formation de trous noirs. « Les deux phénomènes sont cohérents, déclare Duncan Farrah, professeur de physique à l’Université d’Hawaï et coauteur de l’étude. Cela rend plus plausible l’hypothèse selon laquelle les trous noirs sont la source de l’énergie noire. »
Un précieux instrument
Daryl Haggard est professeure au Département de physique de l’Université McGill et spécialiste des trous noirs, tout particulièrement de Sagittarius A*, celui au cœur de notre Voie lactée. L’experte n’a pas pris part à ces travaux, mais elle salue l’audace qui figure au cœur de ces recherches « inspirantes ». « Je les trouve convaincantes. Elles ont le mérite de coupler des données sur cette énigmatique énergie avec d’autres beaucoup plus robustes sur la formation des trous noirs. »
Joseph Choi, chercheur postdoctoral au Département de physique de l’Université de Montréal et lui aussi spécialiste des trous noirs, considère pour sa part comme « intéressante » cette étude qui va à l’encontre « des courants théoriques dominants ». « L’utilisation de données récentes du DESI, spécifiquement conçu pour étudier l’énergie noire, est originale », indique celui qui les utilise aussi dans ses propres travaux de recherche. Il s’agit de données obtenues pendant la première année d’une étude de cinq ans.
Les yeux robotisés du DESI captent depuis 2021 la lumière de galaxies tellement éloignées que celle-ci a pris des milliards d’années à nous atteindre. On perçoit donc ces galaxies telles qu’elles étaient à différents âges de l’Univers, jusqu’à 12 milliards d’années dans le passé. Cela permet de déterminer avec une grande précision l’accélération de l’expansion de l’Univers, et donc de mesurer l’évolution de la quantité d’énergie sombre au fil du temps. « Cette étude confirme l’utilité du DESI », pense-t-il.
Des idées stimulantes
Cela dit, ces seules données sont à son avis insuffisantes pour établir la valeur de l’hypothèse d’un « couplage cosmologique » entre les trous noirs et l’énergie sombre, comme l’avance l’équipe américaine. « Le DESI peine à mesurer la production et la croissance des trous noirs dans le jeune Univers, contrairement au télescope spatial James Webb. Lorsqu’ils incluront les données observationnelles obtenues par ce dernier à celles du DESI, ils pourront aller beaucoup plus loin dans leurs analyses », prévoit Joseph Choi.
Il n’empêche que cette étude met au défi les modèles physiques établis. Après tout, ces derniers peinent à expliquer pourquoi l’expansion de l’Univers ne ralentit pas, comme on s’y attendait, sous l’effet de la gravité. « Même s’ils relèvent de la conjecture, ces travaux basés sur des observations ont le mérite de briser les barrières théoriques et d’ainsi ouvrir la porte à des expérimentations novatrices », souligne Daryl Haggard.
Les cosmologistes états-uniens l’avouent d’ailleurs eux-mêmes : leur hypothèse repose sur une base fragile. « Nous ne pouvons pas obtenir les détails de la façon dont le couplage cosmologique se produit, concède Kevin Croker, auteur principal de l’étude et chercheur à l’Université d’État de l’Arizona. Mais nous pouvons voir des preuves que cela se produit. » « En l’état, il leur manque une preuve tangible, une preuve irréfutable pour valider leurs prétentions », confirme Joseph Choi. Comme quoi il reste encore à faire la lumière sur l’énergie sombre !
