Comment la pression empêche la naissance des trous noirs express

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Dans les premiers instants après le Big Bang, l'Univers était rempli d'un plasma chaud et presque homogène. Mais dans certains endroits, la densité pouvait par hasard être un peu plus élevée. Si un tel amas atteignait une masse critique, il s'effondrait en trou noir — c'est ainsi que naissaient les trous noirs primordiaux.

Longtemps, les théoriciens ont supposé que la matière dans ces conditions se comportait comme un rayonnement : la pression augmentait strictement proportionnellement à la densité. Mais que se passerait-il si, sous une compression extrême, la matière commençait à « durcir » — sa pression montant en flèche bien plus rapidement ? Les auteurs de l'étude ont testé cette idée à l'aide d'un modèle simple : ils ont remplacé le rayonnement par un « gaz sur réseau » — un système où les particules ne peuvent pas occuper le même espace. Lorsque la densité approche de la limite, le son dans un tel milieu s'accélère, et la matière résiste désespérément à toute compression supplémentaire.

Les chercheurs ont mené une série de simulations numériques d'effondrement à symétrie sphérique dans le cadre de la relativité générale. Ils ont découvert que le seuil de formation d'un trou noir augmentait de 0.50±0.02% par rapport au cas du rayonnement pur. C'est peu, mais suffisant pour déplacer les prédictions sur le nombre de trous noirs primordiaux qui auraient pu survivre jusqu'à nos jours. Par ailleurs, l'indice critique de masse est resté le même — 0.357, à la précision des mesures près. Cela signifie que le mécanisme même de l'effondrement près du seuil n'a pas changé ; il a simplement fallu une densité initiale un peu plus élevée pour le déclencher.