Le Soleil aurait pu dévorer un trou noir primordial, selon une étude

Dans la culture populaire, les trous noirs sont célèbres pour leur propension à avaler tout ce qui passe à leur portée. Mais serait-il possible qu’ils soient eux-mêmes mangés tout crus par d’autres corps célestes ? C’est à cette question saugrenue que des chercheurs du prestigieux Institut Max Planck ont tenté de répondre dans une étude expérience de pensée très exploratoire, mais néanmoins fascinante.

S’il reste de nombreuses questions sur le fonctionnement des trous et leur rôle dans la dynamique globale du cosmos, l’origine de ceux que les astronomes ont déjà pu observer est relativement bien documentée. Ils tombent généralement dans deux catégories distinctes : les immenses trous noirs supermassifs dont l’influence gravitationnelle structure des galaxies entières et d’autres plus petits qui apparaissent à la mort de certaines étoiles massives.

Des étoiles mangeuses de trous noirs

Certains modèles théoriques suggèrent toutefois qu’il existe une autre catégorie : des trous noirs primordiaux. Ces derniers auraient émergé juste après le Big Bang et continueraient de dériver aux confins du cosmos aujourd’hui.

Ces objets, qui demeurent techniquement théoriques puisqu’ils n’ont jamais été observés directement, sont toutefois au centre d’un tas de théories fascinantes. Certains modèles suggèrent par exemple qu’ils pourraient être une composante importante de la matière noire, ou qu’ils auraient pu servir de point de départ aux trous noirs supermassifs modernes comme Sagittarius A* au centre de la Voie lactée.

Stephen Hawking, de son côté, a avancé une autre idée très intéressante en 1970. Selon lui, il existe une probabilité très faible, mais bien réelle que des étoiles juvéniles capturent des trous noirs primordiaux pendant leur croissance, donnant ainsi naissance à ce que les théoriciens appellent des « étoiles de Hawking ».

étoile Hawking
Une vue d’artiste d’une étoile de Hawking. © Wikimedia Commons via Phys.org

Le fonctionnement d’un tel objet est encore particulièrement mystérieux. Puisque personne n’a jamais observé d’étoile de Hawking directement, les chercheurs doivent se rabattre sur des simulations informatiques pour modéliser leur évolution.

Notre Soleil pourrait contenir un trou noir

C’est ce qu’on fait les chercheurs de l’Institut Max Planck, et leurs travaux ont produit des résultats assez fascinants. En effet, ils sont arrivés à une conclusion surprenante et assez contre-intuitive. Selon les auteurs de cette étude, ces trous noirs parasites ne détruiraient pas forcément leur hôte, et les étoiles de Hawking pourraient donc être beaucoup plus stables qu’on pourrait le penser.

Pour cela, il faudrait que l’astre absorbe un trou noir minuscule qui génère des forces gravitationnelles relativement faibles. Ces dernières pourraient alors être compensées par les flux d’énergie énormes produits par les réactions thermonucléaires de l’étoile. « Les étoiles qui présentent un trou noir en leur centre peuvent vivre étonnamment longtemps », explique Earl Patrick Bellinger, co-auteur de l’étude.

Le souci, c’est qu’il serait très difficile de déterminer expérimentalement si une étoile a effectivement gobé un trou noir. En effet, il affecterait surtout la zone centrale de l’astre, une région que nous n’avons aucun moyen d’observer directement à ce jour. En revanche, il n’altérerait quasiment pas les propriétés visibles depuis la surface, celles que l’on peut observer avec notre technologie actuelle.

Aussi incroyable que cela puisse paraître, il existe donc une petite probabilité que notre propre Soleil contienne un trou noir ! « Notre Soleil pourrait contenir un trou noir aussi massif que Mercure sans que l’on s’en rende compte », affirme Bellinger.

L’astérosismologie à la rescousse

Les troupes de l’institut ont toutefois proposé une piste qui pourrait permettre de faire passer cette expérience de pensée dans le domaine de la science concrète. Dans une étoile de Hawking, le trou noir perturberait forcément de grands mouvements de convection près du cœur. Le cas échéant, ces motifs pourraient éventuellement être enregistrés à l’aide d’une technique appelée astérosismologie, par analogie avec la sismologie traditionnelle qui est pratiquée sur les planètes telluriques.

Les propriétés des ondes sismiques changent lorsqu’elles traversent différents types de structures souterraines. Les géologues peuvent donc étudier ces variations pour cartographier indirectement les profondeurs de la Terre ou d’une autre planète, comme la sonde InSight l’a fait sur Mars pendant plusieurs années.

L’astérosismologie repose sur un concept assez similaire. La principale différence, c’est qu’au lieu d’étudier la propagation des ondes générées par des ruptures de la roche, les chercheurs s’intéressent à celles qui se déplacent dans le plasma après des événements comme des starquakes, ou plutôt aux variations de luminosité qu’elles provoquent en émergeant à la surface de l’étoile après l’avoir traversée de part en part. Avec de la chance, ils pourront enregistrer des motifs particuliers susceptibles de trahir la présence d’un trou noir au centre d’un astre.

C’est une perspective très enthousiasmante, car la découverte d’une étoile de Hawking aurait des implications profondes pour la cosmologie. Il s’agirait d’un indice extrêmement fort par rapport à l’existence des trous noirs primordiaux. Cela pourrait déboucher sur d’autres découvertes très importantes sur des tas d’énigmes tenaces, notamment autour de la matière noire.

« Il y a de bonnes raisons de penser que les étoiles de Hawking pourraient être communes dans certains amas et dans des galaxies naines », conclut Matt Caplan, co-auteur de l’étude. « Cela signifie qu’elles pourraient être des outils intéressants pour tester l’existence des trous noirs primordiaux et leur rôle possible dans la matière noire. »

Le texte de l’étude est disponible ici.

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