La matière noire est invisible aux télescopes, mais sa gravité a été révélée il y a un demi-siècle par Vera Rubin. Depuis, les physiciens ont exploré des dizaines d'hypothèses, et l'une des plus élégantes est celle des trous noirs primordiaux, nés dans les tout premiers instants après le Big Bang. Pas de nouvelle physique : seulement des objets issus du modèle standard et de la relativité générale. Mais comment détecter ce qui n'émet pas de lumière ? La réponse est venue d'un endroit inattendu : les nuages froids de poussière interstellaire, qui se réchauffent au contact de l'évaporation de ces trous.

Toute la galaxie est parsemée de grains microscopiques — des particules de silicate et de graphite qui flottent dans le Milieu interstellaire. Leur température habituelle ne dépasse pas quelques dizaines de kelvins, mais toute chaleur supplémentaire les déséquilibre instantanément. C'est sur cela que repose la méthode : un trou noir d'une masse initiale de l'ordre d'une montagne (10¹⁵–10¹⁷ g) émet un rayonnement de Hawking — un flux de photons et de particules dont le spectre dépend de la masse et, surtout, de la vitesse de rotation. Plus le trou tourne vite, plus le rayonnement est dur et abondant. L'énergie est absorbée par la poussière, et si la puissance de chauffage dépasse le rythme de refroidissement par émission infrarouge, le grain surchauffe. Ainsi, la poussière cosmique se transforme en un thermomètre distribué à l'échelle du halo galactique. Un grain d'un millième de millimètre réagit à l'évaporation quantique d'un objet massif comme une montagne — la rencontre du micro et du macrocosme à la pointe d'une aiguille cosmique.

Pour la première fois, cette analyse prend systématiquement en compte le spin et cinq modèles de distribution de densité du halo sombre — du profil isotherme abrupt au profil de Burkert plus doux. Il s'avère que même un paramètre de rotation modéré a* ≈ 0.5 multiplie le flux de photons, et dans le cas extrême a* → 1, le chauffage est dramatiquement amplifié. Les contraintes les plus strictes proviennent du profil isotherme pour les grains de silicate : la fraction de trous noirs primordiaux dans la matière noire (fPBH) ne peut pas dépasser 0.01% dans la gamme de masse 10¹⁵–10¹⁶ g. Les grains de graphite sont un peu plus tolérants — la limite est deux fois plus élevée. Ces chiffres sont obtenus grâce à une simulation numérique des spectres d'évaporation et du transfert de chaleur, et ils comblent considérablement les lacunes entre les contraintes classiques issues du lentillage et du fond gamma.

La méthode transforme toute la Galaxie en détecteur : des billions de thermomètres microscopiques, sensibles à la chaleur fantomatique. Cartographier les anomalies de température de la poussière à l'aide de relevés infrarouges pourrait révéler des amas de trous primordiaux et, peut-être, indiquer leur origine. C'est un pont entre la physique de l'évaporation quantique et la cosmologie à grande échelle — ce n'est pas un hasard si l'entropie calculée par Jacob Bekenstein et Stephen Hawking est à la base. La prochaine étape : prendre en compte la distribution réelle de la poussière dans le disque et modéliser en trois dimensions le transfert de rayonnement. Si les trous noirs primordiaux existent vraiment, la poussière interstellaire pourrait être le signal qui trahira leur emplacement et racontera la jeunesse turbulente de l'Univers.