Les observations croissantes des trous noirs supermassifs au centre des galaxies indiquent une source probable de l’énergie sombre, le principal composant de l’Univers. Les mesures montrent que les trous noirs croissent plus que prévu, en accord avec un phénomène prédit dans la théorie de la gravité d’Einstein. Le résultat surprenant signifie que nous n’avons pas à bouleverser la connaissance du cosmos pour expliquer la présence de l’énergie sombre. Les trous noirs combinés à la gravité d’Einstein en sont la principale source.
L’introduction de l’énergie sombre
La conclusion a été tirée par une équipe de 17 chercheurs de neuf pays, dirigée par l’Université d’Hawaï et comprenant des physiciens de l’Imperial College London et de l’STFC RAL Space. Le travail est publié dans deux articles dans les revues The Astrophysical Journal (réf.) et The Astrophysical Journal Letters (réf.). Le co-auteur de l’étude, le Dr Dave Clements de l’Imperial College, a déclaré: “C’est un résultat vraiment surprenant. Nous avons commencé à observer comment les trous noirs grandissent dans le temps et nous pourrions avoir trouvé la réponse à l’un des plus grands problèmes en cosmologie”.
Le co-auteur de l’étude, le Dr Chris Pearson de l’STFC RAL Space, a déclaré: “Si la théorie est valide, cela révolutionnera toute la cosmologie, car nous avons enfin une solution pour l’origine de l’énergie sombre qui a étonné les cosmologistes et les physiciens théoriciens pendant plus de 20 ans”. Dans les années 90, il a été découvert que l’expansion de l’Univers s’accélère. Tout s’éloigne de tout le reste à un rythme de plus en plus rapide. Un concept difficile à imaginer car l’attraction gravitationnelle entre les objets de l’Univers devrait ralentir l’expansion.
Pour expliquer cette contradiction apparente, une énergie sombre a été introduite, responsable de cette accélération plus forte que la gravité. Le principe est lié à une idée qu’Einstein avait proposée, mais qu’il avait ensuite rejetée. La célèbre constante cosmologique qui s’oppose à la gravité et empêche l’Univers de s’effondrer. Cependant, les trous noirs ont posé un gros problème. Leur gravité extrêmement forte est difficile à contrer, surtout à leur centre, où tout semble se désintégrer dans un phénomène appelé singularité.
L’analyse évolutive des trous noirs
Le résultat des études a été obtenu en étudiant l’évolution des trous noirs. Ceux-ci se forment lorsque les étoiles massives arrivent à la fin de leur vie. Lorsqu’ils se trouvent au centre des galaxies, ils sont appelés trous noirs supermassifs et ont des masses allant de millions à des milliards de fois celle du Soleil dans un espace très réduit. Les trous noirs peuvent augmenter leur taille en avalant de la matière, comme les étoiles qui s’approchent trop près ou en fusionnant avec d’autres trous noirs.
Pour savoir si la croissance des trous noirs supermassifs est déterminée uniquement par ces phénomènes, l’équipe a examiné des données couvrant neuf milliards d’années. Les chercheurs ont examiné un type particulier de galaxie : les elliptiques géantes. Celles-ci ont évolué au début de l’Univers et sont devenues ensuite dormantes. Elles sont ainsi appelées parce qu’elles ont interrompu la formation d’étoiles, laissant peu de matériau disponible pour l’accroissement du trou noir à leur centre.
Cela signifie que toute croissance ne peut être expliquée que par des processus astrophysiques normaux. Mais malgré ces déductions logiques, la comparaison entre les galaxies lointaines et les galaxies elliptiques locales a montré une croissance bien plus importante que celle prévue par l’accrétion ou les fusions.
Les conclusions de l’étude
Des mesures supplémentaires, avec des populations de galaxies corrélées à différents stades de l’évolution de l’Univers, montrent un bon accord entre les dimensions du cosmos et la masse des trous noirs. La quantité mesurée d’énergie sombre peut être expliquée par l’énergie du vide du trou noir. C’est la première preuve que les trous noirs contiennent effectivement de l’énergie du vide et qu’ils sont couplés à l’expansion du cosmos.
Leur masse augmente au fur et à mesure que l’Univers s’étend, un phénomène appelé couplage cosmologique. Si des observations supplémentaires le confirment, le couplage cosmologique redéfinira notre compréhension de ce qu’est un trou noir. Le premier auteur de l’étude, Duncan Farrah, astronome à l’Université d’Hawaï, a déclaré: “Nous affirmons qu’il existe des preuves que les solutions typiques des trous noirs ne fonctionnent pas à long terme et que nous avons la première preuve astrophysique de l’énergie sombre”.
“Cependant, ce n’est pas comme si d’autres chercheurs n’avaient pas proposé des sources d’énergie sombre. Mais c’est le premier document d’observation dans lequel nous n’ajoutons rien de nouveau pour justifier la source de l’énergie sombre. Les trous noirs, dans le système d’Einstein-théorie de la gravité, sont l’énergie sombre”.