Des trous noirs plus vieux que le Big Bang ? Ce que dit vraiment le modèle du rebond

Et si le Big Bang n’était pas le commencement ? On croyait le Big Bang au commencement de tout, sauf qu’un modèle publié cette année lui cherche un avant.

L’hypothèse sort de l’Institute of Cosmology and Gravitation de l’université de Portsmouth : des trous noirs formés pendant une phase antérieure auraient traversé la transition et subsisteraient aujourd’hui comme des « fossiles cosmiques ». Le travail est signé Enrique Gaztañaga, professeur d’astrophysique à Portsmouth et à l’Institute of Space Sciences de Barcelone, et publié dans Physical Review D. Nous rapportons un calcul théorique, pas une détection : aucun de ces objets n’a été observé.

Un rebond à la place de la singularité

Dans la description standard, l’univers émerge il y a environ 13,8 milliards d’années d’un état très chaud et très dense, et la relativité générale place à cet instant une singularité, un point où la densité devient infinie et où les lois connues cessent de fonctionner. « Les singularités signalent souvent que notre description théorique a atteint ses limites. Un rebond permet à l’univers de passer de la contraction à l’expansion sans exiger de physique exotique nouvelle », explique le chercheur dans le communiqué de Portsmouth (nous traduisons). Le mécanisme invoqué existe déjà ailleurs : à très haute densité, la matière devient dégénérée et exerce une pression qui résiste à la compression, celle qui stabilise les naines blanches et les étoiles à neutrons. Transposée à l’échelle cosmique, elle arrêterait l’effondrement et déclencherait le rebond.

Le modèle produit alors un nombre inattendu pour une théorie de l’origine : au-delà d’environ 90 mètres, un objet compact aurait pu franchir la transition et réapparaître dans l’univers en expansion. En dessous, rien ne passe. Ce seuil ne dit pourtant rien tant qu’on ne le situe pas : nous convertissons donc les tailles en ordres de grandeur, comptés depuis le proton.

Lecture en une phrase : 90 mètres se placent à 17 puissances de 10 au-dessus du proton et à près de 25 en dessous du rayon de l’univers observable, très loin des échelles subatomiques où se joue d’ordinaire la physique du très jeune univers.

Ce que l’hypothèse expliquerait

Ces reliques auraient une propriété commode : elles sont sombres et elles ont une masse. C’est le profil recherché pour la matière noire, qui pèse environ cinq fois plus que la matière ordinaire sans qu’on sache de quoi elle est faite. Si le rebond en produit assez, écrit Gaztañaga dans un texte grand public, elles pourraient en composer une fraction importante, voire l’essentiel.

Deuxième énigme visée : les « little red dots » du télescope spatial James Webb, ces sources compactes et rouges apparues quelques centaines de millions d’années après le Big Bang, que beaucoup d’astronomes associent à des trous noirs en croissance rapide. Leur masse s’explique mal si tout démarre de zéro. Des germes massifs déjà présents au moment du rebond lèveraient la difficulté, et rejoindraient la question des trous noirs supermassifs que suivent les grands relevés, comme cette carte de quasars.

Reste à séparer ce qui est mesuré de ce qui est calculé. Le tableau fait ce tri.

Le partage compte, parce que les deux colonnes ne se démontrent pas de la même manière : les deux premières lignes sortent d’observations recoupées depuis des décennies, la troisième d’un jeu d’équations.

Ce qui pourrait la départager

Le modèle propose ses propres tests, et c’est ce qui le distingue d’une spéculation. Deux traces sont annoncées : un fond d’ondes gravitationnelles hérité de la phase précédente, et des motifs discrets dans le rayonnement de fond cosmologique. « Il reste beaucoup de travail pour tester ces idées », concède l’auteur, cité par ScienceDaily le 11 août. Le calendrier est celui des instruments. Interrogé en 2024 par Live Science à propos d’un autre modèle de rebond, Patrick Peter, directeur de recherche au CNRS, rappelait que de petits trous noirs primordiaux « pesant plus ou moins la masse d’un astéroïde » pourraient contribuer à la matière noire, voire suffire à l’expliquer. Les observatoires capables d’arbitrer, LISA et l’Einstein Telescope, ne verront pas leur première lumière avant plus d’une décennie.

D’ici là, la ligne de partage est nette. Établi : l’univers observable a environ 13,8 milliards d’années, le fond diffus et la distribution des galaxies sont décrits avec précision par le modèle standard, la matière noire se manifeste par ses effets gravitationnels. Hypothèse : le rebond, les fossiles, le seuil des 90 mètres. L’astronomie arbitre rarement d’un coup, elle accumule les cas, comme ce flash de supernova resté sans sursaut gamma. Si un fond d’ondes gravitationnelles reliques apparaît là où le modèle le prédit, la formule « plus vieux que le Big Bang » cessera d’être une provocation de titre.

Article créé en collaboration avec l’IA.