DENVER — De minuscules trous noirs explosifs pourraient expliquer l’un des plus grands mystères sur la façon dont l’univers, dans sa forme actuelle, a vu le jour.
Dans le cosmos, la matière est bien plus répandue que l’antimatière. Mais les scientifiques ne savent pas comment la matière a acquis sa domination. Aujourd'hui, une équipe de physiciens rapporte que la prise de contrôle de la matière pourrait impliquer de minuscules trous noirs, nés dans les premiers instants après le Big Bang. Ces hypothétiques trous noirs primordiaux se seraient rapidement évaporés et explosés, envoyant des ondes de choc vers l’extérieur. Cela aurait pu préparer le terrain pour que la matière prenne le dessus, a rapporté la physicienne Alexandra Klipfel en mars lors du Sommet mondial de physique de l'American Physical Society.
Les scientifiques pensent que l’univers s’est formé avec des quantités égales de matière et d’antimatière. Mais matière et antimatière s’annihilent lorsqu’elles se rencontrent. Sans quelque chose pour faire pencher la balance, l’univers aurait été sans relief, contenant de l’énergie pure. Les minuscules trous noirs auraient pu modifier l’équilibre pour produire notre cosmos riche en matière, permettant ainsi la formation des étoiles, des planètes et des galaxies en son sein.
Si cela est vrai, cela donnerait aux scientifiques une idée des trous noirs qui seraient autrement très difficiles à étudier, explique le physicien théoricien Lucien Heurtier du King's College de Londres, qui n'a pas participé à la recherche. « Il est très difficile de détecter leur existence en cosmologie car ils ont disparu. Ils ont disparu depuis un certain temps. »
Les trous noirs se seraient formés à partir des fluctuations de la densité de l’univers primitif, avec une masse d’environ mille kilogrammes chacun, soit environ celle d’une petite voiture. Ces trous noirs relativement petits auraient vécu et seraient morts dans la boue du premier univers appelée plasma quark-gluon, la phase de la matière qui existait avant la formation des protons et des neutrons. Ils auraient craché des particules énergétiques – un phénomène appelé rayonnement Hawking – réchauffant ainsi leur environnement.
Un trou noir rayonnant aurait progressivement perdu de la masse avant de s'éteindre en grand, dans le premier dixième de milliardième de seconde de l'existence de l'univers. Une telle explosion aurait lancé une onde de choc dans le plasma quark-gluon, rapportent les chercheurs dans un article connexe soumis le 16 mars à arXiv.org. L’explosion soudaine aurait injecté une grande quantité d’énergie dans le plasma. « Et cela chauffe une petite sphère de notre plasma, très, très chaude », explique Klipfel. « C'est un mur très pointu », avec des conditions différentes à l'intérieur et à l'extérieur du choc.
Un mur aussi pointu fournirait les conditions nécessaires pour créer un excès de matière, rapportent les chercheurs dans un autre article soumis le 30 mars à arXiv.org. Si tout dans l’univers était réparti de manière régulière et équilibrée, tout processus de conversion entre matière et antimatière fonctionnerait dans les deux sens à la fois, n’entraînant aucun excès de matière ou d’antimatière. Mais les conditions d’un côté de l’onde de choc seraient radicalement différentes de celles de l’autre, d’une manière qui pourrait donner un coup de pouce à la matière.
À l’intérieur d’une fine coque entourant une telle onde de choc, les températures seraient si élevées que les particules n’auraient pas de masse. En effet, le mécanisme de Higgs, phénomène associé au boson de Higgs qui donne de la masse aux particules, n'intervient qu'en dessous d'une certaine température.
En dehors d’une telle onde de choc, les particules auraient une masse. Cela signifie que lorsque les particules franchissent la frontière, leur masse change. Ceci, combiné à d’autres effets physiques supposés être présents dans l’univers primitif, aurait pu provoquer l’accumulation d’un excès de matière à la limite d’une onde de choc. Cet excès de matière aurait alors pu être enfermé à mesure que le choc s’étendait.
Pour que les trous noirs primordiaux soient responsables de l'ancrage de la matière, il aurait fallu qu'une multitude d'entre eux explosent quelques instants après le Big Bang. Au lieu d’être un final, ce feu d’artifice aurait pu n’être qu’un début.
