Des trous noirs à mémoire : l'oubli comme moteur de la matière noire express
Les trous noirs perdent de la masse comme l'eau d'un seau au soleil — cette évaporation a été découverte par Stephen Hawking. Mais les minuscules trous noirs primordiaux, nés après le Big Bang, se comportent différemment : lorsqu'ils perdent la moitié de leur masse, un effet de mémoire se déclenche — comme si le seau se couvrait tout seul. Cette mesure du désordre, l'entropie, a été calculée pour les trous noirs par Jacob Bekenstein.
On pensait autrefois que le couvercle se refermait instantanément. Désormais, les physiciens ont modélisé une transition progressive : les taux d'évaporation peuvent s'additionner ou se multiplier. La comparaison avec les données sur la formation des éléments légers dans les premières minutes après le Big Bang a montré qu'en cas d'addition, jusqu'à 10 % des trous noirs survivent et pourraient constituer la matière noire. En cas de multiplication, seulement 1 %.
Un détail qui change tout : un minuscule trou noir pesant comme une montagne et de la taille d'un proton pourrait survivre jusqu'à nos jours uniquement grâce à cette mémoire. La moindre nuance dans « l'oubli » détermine s'il s'agit de la base invisible de l'Univers.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2606.04707
Light primordial black holes (PBHs) are disfavored as dark matter if they evaporate through standard Hawking radiation alone. The memory-burden effect can extend their lifetimes by suppressing emission after roughly half the mass is lost. Existing cosmological studies often model the onset of this phase as an instantaneous transition between semi-classical and burden-dominated evaporation. We instead treat the crossover as continuous and compare additive versus multiplicative combinations of the two rates, using a smoothed tanh profile with parameters $$(q,\delta)$$. Monochromatic PBHs are mapped to a decaying scalar field and evolved with Modified AlterBBN during Big Bang nucleosynthesis (BBN). The two prescriptions yield distinct exclusion curves: the additive crossover always gives weaker bounds than the multiplicative one, while both are tighter than the instantaneous transition. For $$10^{5}\,\mathrm{g}\lesssim M_i\lesssim 10^{10}\,\mathrm{g}$$, the additive case can permit $$f_{\mathrm{PBH},0}\sim 10^{-1}$$ where the multiplicative case gives $$f_{\mathrm{PBH},0}\lesssim 10^{-2}$$. Specifying the rate-combination rule is therefore essential when translating memory-burden models into BBN constraints on PBH dark matter.
Le plus petit trou noir primordial pourrait peser comme une montagne tout en ayant la taille d'un proton, et il serait encore vivant grâce à l'effet de mémoire.