Premières observations reliant les trous noirs à l’énergie sombre

Le Pr Valerio Faraoni, du Département de Physique et Astronomie de l’Université Bishop’s, a collaboré avec l’Université d’Hawaï et une équipe de 17 chercheurs de neuf pays afin de développer une description des trous noirs qui soit cohérente avec les observations des dernières décennies.

Ils ont fait une grande découverte.

En examinant les données disponibles couvrant neuf milliards d’années, les chercheurs ont découvert les premières preuves de « couplage cosmologique, » un nouveau phénomène prédit par la théorie de la gravité d’Einstein, qui est possible uniquement lorsque les trous noirs font partie d’un univers en évolution.

L’équipe a récemment publié deux articles, l’un dans The Astrophysical Journal et l’autre dans The Astrophysical Journal Letters, qui portent sur les trous noirs supermassifs qui se trouvent au cœur de galaxies anciennes et en dormance. Le premier article découvre que la masse de ces trous noirs augmente sur des milliards d’années d’une manière qui ne peut pas être expliquée seulement par les processus galactiques et de trous noirs standards, tels que les fusions ou l’accrétion de gaz. Le second article découvre que la croissance de la masse de ces trous noirs correspond à des trous noirs qui sont non seulement couplés sur le plan cosmologique, mais qui englobent aussi de l’énergie sous vide – du matériel résultant de la compression de matière au maximum sans contrevenir aux équations d’Einstein, en évitant ainsi une singularité.

Une fois les singularités écartées, l’article démontre alors que l’énergie sous vide combinée des trous noirs créés lors de la mort des premières étoiles de l’Univers est cohérente avec la quantité mesurée d’énergie sombre dans notre Univers. « Nous disons essentiellement deux choses simultanément : qu’il existe des preuves que les solutions typiques impliquant des trous noirs ne peuvent pas être utiles sur de très, très, longues périodes, et nous avançons la première proposition astrophysique de la source de l’énergie sombre, » explique Duncan Farrah, de l’Université d’Hawaï, astronome et architecte de l’étude. « Ce que cela signifie, toutefois, n’est pas que d’autres personnes n’ont pas proposé de sources pour l’énergie sombre, mais que ceci est le premier article basé sur des observations où l’on n’ajoute rien de nouveau à l’Univers comme source d’énergie sombre : les trous noirs dans le cadre de la théorie de la gravité d’Einstein sont l’énergie sombre. »

Ces nouvelles mesures, si elles étaient étayées par des preuves additionnelles, redéfinissent notre compréhension de ce qu’est un trou noir.

Les chercheurs indiquent que leurs études fournissent un cadre que les astronomes et les physiciens peuvent tester plus avant – et pour que la génération actuelle d’expériences sur l’énergie sombre telles que le Dark Energy Spectroscopic Instrument et le Dark Energy Survey – puissent faire la lumière sur cette idée. « Si le couplage cosmologique est confirmé, cela signifierait que les trous noirs ne se déconnectent jamais complètement de notre Univers, qu’ils continuent à avoir une influence majeure sur l’évolution de l’Univers dans l’avenir lointain, » explique le Pr. Gregory Tarlé, co-auteur de l’étude de l’Université du Michigan.

Le Pr. Valerio Faraoni ajoute : « Ceci constituerait les premières preuves basées sur l’observation que les trous noirs ne peuvent pas être décrits en tant qu’objets isolés à des échelles temporelles cosmologiques, mais qu’ils sont, d’une certaine manière, affectés par l’Univers dans lequel ils se trouvent. Par ailleurs, la question de la nature de l’énergie sombre est probablement le plus important puzzle de la physique contemporaine. Cela représente 70 pour cent de l’énergie de l’Univers. Toute nouvelle explication potentielle et viable quant au problème de l’énergie sombre semblera très étrange à première vue, et nous voici en présence de preuves fondées sur l’observation qui nous en suggèrent une. C’est très excitant! »

Duncan Farrah et al 2023, Observational Evidence for Cosmological Coupling of Black Holes and its Implications for an Astrophysical Source of Dark Energy, The Astrophysical Journal, 943 L31
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acb704

REQUÊTES MÉDIAS:
Sonia Patenaude
Gestionnaire des communications
819-342-2587 | sonia.patenaude@ubishops.ca