introduction[modifier | modifier le code]

Les trous noirs sont plus nombreux que le nombre que les estimations prévoyaient au début du siècle. Ils possèdent une masse de quelques masse solaire pour les plus petits, allant jusqu'à plusieurs milliards de masse solaire pour les plus massifs. Ils sont des objets célestes difficiles à observer en raison de leur luminosité nulle. Ils sont pour le moins mystérieux, tous les processus entourant leur création ne sont pas tous facilement explicables. De plus, les phénomènes qui l'entourent sont, pour la plupart, encore inconnue ou inexplicable à ce jour. La création des trous noirs supermassifs fait face à plusieurs problèmes. Premièrement, leur temps de formation dans l'univers moderne serait plus long que l'âge de l'univers. Les données collectées récemment, concernant l'univers primordial, montre qu'il y avait une surpopulation de trous noirs supermassifs, de galaxies jeunes superlumineuses, de supernovas et d'éléments lourds du tableau périodique.

Les trous noirs[modifier | modifier le code]

Selon la théorie de Stephen Hawking les trous noirs se désintègrent très lentement. L'évaporation d'un trou noir stellaire est approximativement de 10³³ années. Considérant que l'âge de l'univers est de 13,7 milliards d'années, ils ne sont pas près de disparaître. Ils attirent la matière en la rendant plus visible. Pour prouver leur existence, il suffit de regarder la lumière que les plus massifs produisent. En ce qui concerne les plus petits, il faut analyser les rayons-x qui émergent des nuages de particules gravitant autour. Pour les trous noirs plus discret comme celui du milieu de notre Voie Lactée, il faut étudier le déplacement des étoiles proche de ce dernier. La théorie de la relativité générale prédit quatre type de trous noirs soit ceux du type Schwarzschild qui n'ont pas de charge électrique et qui n'ont pas de vitesse de rotation. Par la suite, il y ceux du type Reissner-Nordström qui ont une charge électrique non nulle, mais sans vitesse de rotation. Les trous noirs de type Kerr possède une vitesse de rotation, mais sans charge électrique. Finalement, il y a ceux de de Kerr-Newman avec une vitesse de rotation sur eux-même avec une charge électrique. Les équations mathématiques mettent en évidence que pour un trou noir de type Schwarzschild, il est impossible pour un observateur extérieur d'observer de la matière traverser la zone de l'horizon des événements.

Les différentes formations de trous noirs[modifier | modifier le code]

De nos jours, il existe trois catégories de trous noirs classés selon leur processus de formation. Les trous noirs stellaires qui se forment suite à l'effondrement d'étoiles massives qui explosent. Les étoiles, en fin de vie, cessent de produire de l'énergie grâce à la fusion nucléaire ce qui fait en sorte que le cœur de l'étoile n'a plus de force pour contrer la gravité qui prend le dessus. Les plus petits trous noirs stellaires ont une masse un petit peu plus élevé que les étoiles à neutrons, approximativement 3 masses solaire. Les plus gros vont jusqu'à 8 masses solaire. Le deuxième type de trous noirs, dit supermassifs, sont formés dans des zones denses, ils se développent avec accrétion de matières. Ils sont au centre de tous les grandes galaxies elliptiques et lenticulaires avec une masse se comptant en milliard de masse solaire. Dans les galaxies en spirales comme la Voie Lactée, ils sont dans les environ de 1 à 10 millions de masses solaire. Le modèle d'accrétion de la matière connu à ce jour pour les trous noirs supermassifs estiment leur temps d'accumulation d'autant de matière à plus de 150 milliards d'années. De plus, certains de ces trous noirs sont au milieu de galaxies vraiment petites, vraiment jeune ou encore, il y a un qui est dans un espace presque vide. Toutes ces affirmations permettent à Alexander Dolgov d'émettre l'hypothèse que les trous noirs supermassifs sont primordiaux et que le type de galaxie dépend du trou noir et non l'inverse. La formation des trous noirs primordiaux serait du à une possible différence extrême de densité entre deux points de l'univers primordial très proche. Une différence énorme de masse volumique qui aurait été dans le rayon gravitationnel de l'autre, aurait été en mesure de se soustraire à l’expansion de l'univers. Cette hypothèse mise à jour par Hawking prévoit des trous noirs de petites masses.

Les problèmes avec la formation des trous noirs supermassifs[modifier | modifier le code]

Notre manière de comprendre les trous noirs supermassifs fait face à de gros problèmes. Le taux d'accrétion de la matière pour ces géants est beaucoup trop bas qu'il le faudrait. Prenons comme exemple Sagittarius A, au centre de notre galaxie, il est d'une masse de 4 millions de Soleil, donc pour atteindre cette masse énorme il lui faut absorber environ 0,0004 masse solaire par année. Cependant, l'analyse des rayons-X produient par l'accrétion des gaz chauds révèlent qu'il avale un peu moins de 3×10^-6 masse solaire par année. En plus, cette donnée est beaucoup plus haute que la valeur réelle, étant donné l'impossibilité de mesurer les rayons-X du gaz qui est proche de l'horizon des événements. En estimant cette variable, les scientifiques arrivent à une accrétion de matière d'environ 10^-8 masse solaire par année. L'âge de l'univers est trop courte de deux ordres de grandeur pour la formation de trous noirs supermassifs. Les trous noirs supermassifs sont aussi présent dans des endroits où la matière se fait très rare et dans des galaxies trop peu massive pour avoir formé des trous noir de milliard de masse solaire. Les énormes différences, entre le centre de masse des galaxies allant de 0,1% jusqu'à 60% de la masse totale de la galaxie, restent aussi un mystère si l'on admet que les trous noirs supermassifs se sont formés par accrétion après la formation de leur galaxie. Le model conventionnel n'explique pas aussi la formation de trous noirs supermassifs binaires, 4 systèmes connus. L'existence de lien physique entre 4 quasars, la probabilité d'un tel système est de 10^-7 selon le modèle conventionnel. De plus, un système de triple quasar ne peut être expliqué que par 3 trous noirs supermassifs en attraction, 3 galaxies actives extrêmement lumineuse ou de la fusion de deux trois noirs supermassifs. La seule explication plausible au modèle conventionnel serait que chaque galaxie en ellipse, avec un trou noir de 10⁹ masse solaire, serait formé avec la fusion de plusieurs trous noirs, de 10⁶ masse solaire, venant de galaxies spirales. Cette hypothèse reste très peu probable et très complexe. Par contre, l'hypothèse de trous noirs primordiaux supermassifs, qui auraient fusionné lorsque l'univers était encore en pleine expansion, remplit tous les critères.

Les trous noirs intermédiaires[modifier | modifier le code]

Alors, que aucun scientifique n'avait prévu l'existence des trous noirs intermédiaires avec une masse allant de 10⁴ à 10⁵ masses solaire pour la plupart. Certains trous noirs intermédiaires ayant un intervalle de masse allant de 10⁷ jusqu'à 10⁹ masse solaire. Des trous noirs intermédiaires ont été observés avec un mouvement képlérien au centre de notre galaxie avec l'observation de ligne moléculaire à haute résolution du radiotéléscope ALMA. Les résultats prouvent indirectement la présence d'un trou noir intermédiaire proche du centre de notre galaxie qui aurait une masse d'environ 3,2×10⁴ masse solaire. Les amas globulaires sont des amas très denses d'étoiles quelques trous noirs massifs ont été trouvé à l'intérieur de ceux-ci. Il existe un trou noir de 2000 masses solaires au cœur d'un amas globulaire que le modèle conventionnel n'arrive pas à expliquer une telle masse pour un autre type de trou noir que primordial. selon la loi log-normale et les données du LIGO sur les ondes gravitationnelles les proportions des trous noirs intermédiaires primordiaux (2−3)×10³ masses solaire est d'approximativement de 10⁴ − 10⁵ pour chaque trou noir supermassif. Cette densité de trous noirs intermédiaires primordiaux est suffisant pour expliquer la formation de tous les amas globulaires dans notre galaxie. Il est assumé que la majeur partie des trous noirs primordiaux avec une masse supérieur à 10⁴ masse solaire ont fortement accrété la matière jusqu'à atteindre des milliards de masse solaire.

Les trous noirs stellaires[modifier | modifier le code]

Les trous noirs stellaires sont pour la très grande majorité dans un intervalle de masse allant de 6,6 à 9,0 masse solaire, ceci est difficilement explicable par le modèle standard. La formation d'imposant trous noirs stellaires de 30 masses solaires est peu probable. Il faudrait une étoile d'au moins 100 masses solaire avec une abondance en métaux très faible pour éviter les pertes de masse. De telles étoiles ont peut-être été présente dans lors de la formation de jeunes galaxies, mais leur nombre serait insuffisant pour expliquer le phénomène. La grande quantité de système de trous noirs binaires est très complexe pour être formé par deux étoiles binaires, en raison de l'énergie libéré par l'effondrement d'une étoile. Le problème est résolu si système binaire est formé par des trous noirs primordiaux. La rotation angulaire nulle de quelques trous noirs stellaires est aussi facilement explicable pour des trous noirs primordiaux.

La formation de quasar[modifier | modifier le code]

Il y a des preuves qu'il y avait au moins 40 quasars, de quelques milliards de masses solaire et une très grande luminosité, qui étaient déjà présent lorsque l'univers avait environ 0,75 milliards d'années. Le modèle n'a tout simplement aucune réponse face à de telles monstres. La physique a de la difficulté à expliquer l'existence de trous noirs supermassifs dans un univers de 13,7 milliards d'année. Les lois d'accrétion de la matière et le début de la formation des galaxies doit être mis à jour.

Les problèmes du modèle conventionnel liés aux galaxies[modifier | modifier le code]

Une jeune galaxie bleutée[modifier | modifier le code]

Une galaxie encore jeune, qui s'est formée dans l'univers âgé, a une fraction bleu de 0,57 ce qui est improbable. Les probabilités d'une telle galaxie sont de moins de 0,003%. La formation d'une telle galaxie serait probable selon les prédictions d'un univers primordial plus abondant en hélium-4.

Des étoiles étranges dans la Voie Lactée[modifier | modifier le code]

L'âge d'une étoile à haute vélocité dans notre galaxie est évalué à 14,46 milliards d'années selon son taux de métaux faible. L'explication la plus facile serait de dire que certaines étoiles sont primordiales. Dans le système planétaire Kepler-10, il y a une planète âgé de 10,6 milliards d'années. Ce qui est très étrange étant donné le long processus de formation des planètes qui nécessite des métaux lourds. De plus, il existe des étoiles à haute vélocité qui vont à des vitesses dépassant par un facteur de 5 leur vitesse de libération. Ceci est explicable seulement par l'existence d'étoiles primordiales. L'existence d'étoiles chimiquement étrange ayant fuit suite à l'explosion d'une supernova reste un mystère à ce jour, il paraît que l'éjection d'une étoile par une supernova est beaucoup plus commun. Il serait possible que ce soit les restes d'étoiles primordiales.

La formation de galaxies[modifier | modifier le code]

Une galaxie superlumineuse était déjà formé lorsque l'univers avait 1,3 milliards d'années. Pour cela, il faut un trou noir supermassif de formé. Il devait donc avoir aucune vitesse de rotation pour accréter la matière plus rapidement que l'on connaît ou être déjà supermassif lorsque la galaxie s'est formée.

Conclusion[modifier | modifier le code]

L'étude des trous noirs primordiaux remets en cause notre connaissance de la formation des galaxies. Des données convaincantes sont en faveur de l'idée que les galaxies se formaient grâce à la matière qui s'agglomérait alentours d'un trou noir. Cette théorie explique notamment le fait qu'il existe des trous noirs supermassifs au milieu de petites galaxies. Les trous noirs dans l'univers sont principalement primordiaux. Les trous noirs primordiaux sont à l'origine de tout la matière noire ou d'une majeure partie.

Références[modifier | modifier le code]

(en) Alexander Dolgov, « Massive Primordial Black Holes », Proceedings of science,‎ 6 novembre 2019, p. 1-16 (</nowiki>https://arxiv.org/pdf/1911.02382.pdf)