Des trous noirs invisibles expliquent la vitesse d'expansion de l'univers ✛
L'Univers refroidissait, comme une gigantesque baignoire après un départ brûlant. 400 000 ans après le Big Bang, l'hydrogène était sur le point de devenir neutre : les protons capturaient les électrons. Mais dans cette eau sombre, un robinet continuait de goutter. Les gouttes étaient des trous noirs primordiaux — des trous noirs microscopiques, vestiges des premiers instants du cosmos. Leur masse, comparable à celle d'un petit astéroïde, mais compressée en un point. Ces trous noirs s'évaporaient lentement via un processus découvert par Stephen Hawking (le rayonnement de Hawking), ajoutant de la chaleur au gaz. Chaque goutte retardait le moment où l'Univers devenait transparent au Fond diffus cosmologique — cette lumière ancienne qui nous parvient de cette époque.
Ce retard aide à résoudre l'énigme de la vitesse d'expansion de l'univers. Deux méthodes précises donnent des chiffres différents. Adam Riess et ses collègues, en observant les étoiles dans les galaxies proches, obtiennent une vitesse d'environ 73 km/s par mégaparsec. Le satellite Planck, en étudiant le Fond diffus cosmologique, en déduit 67 km/s par mégaparsec. Une différence de près de 9 %, bien trop grande pour une simple erreur. Mais si les trous noirs primordiaux ont chauffé le gaz, alors la surface d'où provient la lumière s'est déplacée. Cela modifie le calcul de la vitesse, un peu comme si le thermomètre de la baignoire affichait une température fausse à cause de l'apport de chaleur des gouttes. La chaleur des trous noirs n'accélère pas l'expansion, elle fausse l'étalonnage de notre instrument de mesure cosmique.
Les scientifiques ont testé l'idée en ajoutant ce chauffage dans les calculs de l'histoire thermique de l'Univers. Le rayonnement gamma des trous noirs transférait rapidement de l'énergie au gaz environnant, tandis qu'une partie de l'énergie était emportée par les neutrinos — des particules légères qui interagissent à peine avec la matière. Résultat : si seulement 0,1 % de la matière noire invisible est constituée de tels trous noirs, la divergence de vitesse disparaît. Ces trous noirs ne peuvent cependant pas être trop légers, car ils se seraient évaporés avant l'époque de la nucléosynthèse, lorsque se sont formés les premiers noyaux atomiques. Ni trop nombreux, sans quoi ils auraient réionisé tout l'hydrogène, ce que nous n'observons pas. Ainsi, ces gouttes de l'enfance de l'Univers pourraient bien être la clé d'une carte précise du cosmos.
Le chauffage dû à un trou noir qui s'évapore ne dépend pas de sa masse : un gros trou noir chauffe un plus grand volume, un peu comme une grosse bûche et une brindille chauffent la même quantité d'eau de façon égale.
Dans la science-fiction, comme dans le roman de Greg Egan « Flamme éternelle », les trous noirs en évaporation servent de sources d'énergie. Ici, ils jouent le rôle de radiateurs cosmiques.