Un minuscule trou noir de la taille d'un noyau atomique mais avec la masse d'une montagne est né dans les premiers instants après le Big Bang, lorsque des amas aléatoires d'énergie se sont effondrés en de tels objets. Si ces trous noirs étaient suffisamment nombreux, ils ont pu temporairement devenir le principal contenu de l'Univers, puis s'évaporer via le rayonnement de Hawking — une « fonte » lente du trou noir qui restitue de l'énergie à l'espace.
Mais un trou noir ne flotte pas dans le vide. Il aspire la poussière et le gaz, comme un tourbillon aspire les feuilles. C'est l'accrétion — la chute de matière sur le trou noir. La nouvelle analyse montre que cette « alimentation » ne fait pas seulement gonfler le trou noir, mais étire aussi la durée de sa domination. L'Univers reste plus longtemps sous la coupe de ces géants miniatures invisibles.
Lorsque les trous noirs disparaissent enfin, leur départ n'est pas silencieux. Le changement brutal du champ gravitationnel engendre des ondes gravitationnelles — des oscillations de l'espace lui-même, semblables aux cercles provoqués par une pierre jetée dans un étang. Ces ondes, issues d'inhomogénéités dans la densité de la matière, sont appelées isocourbures. Leur énergie est contrainte par ce que nous savons de la nucléosynthèse primordiale — l'époque où se sont formés les premiers noyaux d'éléments. Des ondes trop fortes auraient perturbé ce processus.
La prise en compte de l'accrétion déplace nettement les limites de ce qui est permis pour les trous noirs primordiaux : ils doivent être plus légers et plus rares qu'on ne le pensait auparavant. Même si les trous noirs fusionnent entre eux pour former des objets plus grands, les contraintes restent strictes. Les ondes gravitationnelles isocourbures se sont révélées être un outil de vérification plus sensible que les fusions elles-mêmes.
Ainsi, les minuscules trous noirs, à peine nés, parviennent à prendre du poids et à retarder leur fin. Et nous, en observant les ondulations de l'espace, pouvons plonger dans cette époque où l'Univers avait moins d'une seconde.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2605.15772
In this work, we study the effects of accretion on the primordial black hole (PBH) reheating scenario. PBHs could form from primordial fluctuations. If they have the right mass and abundance, they could dominate the Universe and complete the reheating entirely through Hawking radiation. We find accretion effects on the BH can not only increase the BH mass, but also prolong such early matter domination. The consequence of the accretion is further investigated using isocurvature induced gravitational waves (GWs), which are generated right after the sudden evaporation of the BHs from the oscillation of the gravitational potential. Big Bang nucleosynthesis limits on the energy density of the GWs put important constraints on the PBH domination scenario. Inclusion of accretion shifts such constraints significantly towards smaller formation mass and smaller initial abundance. Furthermore, the PBH could undergo mergers leading to extended mass functions. We find similar shifts in the allowed parameters with the inclusion of accretion for the merger constraint. We find the constraints from isocurvature GWs typically stronger than the constraints from mergers.
Un trou noir primordial d'une masse de 10¹⁵ grammes (comme un petit astéroïde) a la taille d'un proton, et sa température est des milliards de fois supérieure à celle du cœur du Soleil — il brillerait plus fort qu'une étoile, mais uniquement en rayons gamma.
Dans le roman « Les Piliers de la Création » de Terry Pratchett, des minuscules trous noirs étaient utilisés comme source d'énergie — presque comme dans le scénario du réchauffement de l'Univers primordial.