Un stroboscope dans une salle obscure saisit des ombres fugitives que l'œil ne perçoit pas. Un trou noir primordial de la taille d'un virus, passant devant une étoile lointaine, amplifie sa lumière pendant quelques secondes, comme une loupe braquée sur une ampoule. Jusqu'à présent, personne n'avait détecté de tels éclairs : ils sont trop brefs pour les télescopes au sol, et dans les champs stellaires denses, la turbulence atmosphérique les noie.
Le télescope JWST observe depuis l'espace, où l'air ne gêne pas, mais ses images standard accumulent la lumière sur des minutes et effacent les variations rapides. Les auteurs de la nouvelle étude ont construit le pipeline FLASH, qui lit les données brutes du détecteur et conserve chaque portion de lumière au sein de l'exposition. Ainsi, le télescope se transforme en stroboscope prenant des clichés toutes les 21,5 secondes.
Pour déceler une amplification faible, il faut mesurer la luminosité avec une précision de un pour cent. Le détecteur de JWST est non linéaire : plus la lumière est intense, plus il « se fatigue » et sous-estime le signal. Les scientifiques ont calibré cette fatigue à partir des données elles-mêmes, en égalisant la sensibilité des pixels sur des milliers d'images. Après cette procédure, la précision a augmenté au point de pouvoir rechercher des événements d'une amplitude de quelques pour cent seulement.
Le résultat est vide, mais significatif. Pendant une heure d'observations dans chaque filtre, aucun éclair convaincant n'a été trouvé. Le calcul montre que si toute la matière noire était constituée de trous noirs primordiaux d'environ un milliardième de la masse solaire, le nombre attendu d'événements serait de 0,03. Cela donne une limite supérieure : ces objets ne peuvent pas représenter plus d'une centaine de fois la totalité de la matière noire.
Le stroboscope n'a encore capturé aucune ombre, mais il a prouvé qu'il pouvait les voir. Les observations actuelles n'étaient pas optimisées pour cette tâche : le télescope changeait souvent de position et les filtres étaient choisis pour d'autres objectifs. Si l'on pointait JWST sur un même champ d'Andromède et qu'on l'observait pendant des heures sans interruption, la sensibilité augmenterait de plusieurs dizaines de milliers de fois. Alors, soit les premiers éclairs de trous noirs primordiaux apparaîtraient, soit ce candidat à la matière noire serait définitivement relégué dans l'ombre.
Pour une masse de 10^-9 masse solaire, un trou noir primordial a un rayon de Schwarzschild d'environ 3 nanomètres, comparable à la taille d'un virus, mais son champ gravitationnel peut amplifier la lumière d'une étoile dans la galaxie d'Andromède de plusieurs pour cent.
L'idée d'objets compacts invisibles déformant la lumière d'étoiles lointaines fait écho au roman « Pique-nique au bord du chemin » des frères Strougatski, où des zones anormales sont laissées par de mystérieux extraterrestres, bien qu'ici il s'agisse de candidats naturels pour la matière noire.