Un minuscule trou noir de la taille d'un noyau atomique flotte dans le bouillon brûlant de l'univers primordial. Normalement, une telle petite créature devrait s'évaporer rapidement, libérant son énergie comme une goutte d'eau sur une poêle brûlante. Mais si l'espace est plus complexe qu'il n'y paraît et contient des dimensions cachées, tout change.
Dans cette étude, on explore un univers où, en plus des trois dimensions habituelles, il existe des dimensions supplémentaires, repliées en d'infimes anneaux. Dans une telle géométrie, un trou noir de même masse a un horizon plus grand – sa « surface » est plus étendue et sa température plus basse. Par conséquent, il s'évapore plus lentement que son homologue quadridimensionnel. En revanche, le rayonnement autour de lui ne disparaît pas : les photons et les particules tombent sur le trou comme la neige sur un bitume brûlant, et celui-ci commence à grossir. Ce processus devient avalancheux : plus le trou est massif, plus il attire la matière, et la croissance s'accélère.
Les auteurs ont calculé ce scénario et ont découvert que si, à la naissance de l'univers, il y avait eu très peu de tels trous – environ un pour 10⁴⁴ particules ordinaires –, ils auraient pu atteindre des masses stellaires au moment où la matière et le rayonnement se sont équilibrés. C'est exactement la quantité de matière noire que nous observons aujourd'hui. Auparavant, on pensait qu'il aurait fallu une proportion initiale de trous bien plus grande, ce qui cadrait mal avec les observations. Les dimensions supplémentaires lèvent cette contradiction : les trous n'ont pas besoin de naître géants, ils peuvent grossir en cours de route.
Cette croissance n'est pas qu'une simple curiosité mathématique. Elle ouvre une nouvelle voie pour expliquer la matière noire sans faire appel à des particules inconnues. Au lieu de chercher des briques invisibles de l'univers, on peut envisager que l'espace est plus profond et les trous noirs plus retors que nous le pensions. Et alors, la matière noire n'est pas une substance mystérieuse, mais un semis de trous primordiaux ayant prospéré, dont les racines plongent dans des dimensions cachées.
Si notre univers avait deux dimensions supplémentaires, un trou noir de la masse d'un petit astéroïde pourrait atteindre la masse du Soleil en un temps comparable à l'âge de l'univers.
L'idée de dimensions cachées où les trous noirs peuvent croître jusqu'à des tailles énormes rappelle le monde d'Interstellar, où les héros traversent un trou de ver relié à un espace à cinq dimensions.