Une nouvelle théorie relie les trous noirs supermassifs et l'énergie noire

Une nouvelle théorie controversée suggère que les trous noirs supermassifs qui se cachent au cœur de la plupart des grandes galaxies pourraient être la source d'énergie noire, la force mystérieuse à l'origine de l'accélération de l'expansion de l'univers.

Le lien suggéré – appelé «couplage cosmologique» – est né d'observations de trous noirs au cœur de galaxies lointaines qui semblent avoir grandi plus rapidement que ne le permettrait une simple accrétion de masse ou une fusion avec d'autres trous noirs.

En approfondissant cette question, l'équipe, y compris l'auteur principal Duncan Farrah du Université d'Hawaï à Mānoa, ont découvert que la force du couplage signifie que la croissance des trous noirs correspondait à l'accélération de l'expansion de l'univers.

"Il n'y a pas d'accord sur le modèle d'énergie noire le plus susceptible d'être correct, mais le modèle le plus simple d'énergie noire est une 'constante cosmologique'. Dans ce modèle, l'univers entier est imprégné d'une densité d'énergie uniforme et constante », explique Farrah. Monde de la physique. "Cela ne semble pas si mystérieux, mais la densité d'énergie doit rester constante même lorsque l'univers s'étend. Il n'y a aucun objet connu qui se comporte de la manière requise. Pour cette raison, certains pensent qu'il s'agit d'une propriété du vide lui-même.

La plupart des modèles de trous noirs suggèrent qu'en leur cœur se trouve une singularité, un point où la masse est comprimée en un point infiniment petit et devient ainsi infiniment dense. Le nouveau couplage cosmologique remplace cette singularité par l'énergie du vide, proposée comme source d'énergie noire.

Les chercheurs détaillent la théorie dans deux articles, publiés dans Le journal astrophysique ainsi que Les lettres du journal astrophysique, à la fois exposant différents aspects de la connexion cosmologique et fournissant la première "explication astrophysique de l'énergie noire".

Preuve d'un modèle astrophysique d'énergie noire

Dans le premier article, l'équipe s'est penchée sur les trous noirs au centre des galaxies elliptiques "rouges et mortes" qui sont actuellement inactives.

"Parce que ces galaxies ne devraient pas faire grand-chose, leurs trous noirs centraux ne devraient pas grandir beaucoup avec le temps", explique Farrah. "Nous avons constaté qu'après avoir pris en compte tous les canaux "normaux" possibles de croissance des trous noirs, ces trous noirs montrent encore une forte augmentation de masse entre environ sept milliards d'années et aujourd'hui - près d'un facteur 10 en masse. C'est surprenant et pas si facile à expliquer.

Dans leur deuxième article, l'équipe a tenté de découvrir si cette croissance massive inattendue des trous noirs pouvait être le résultat de l'expansion de l'univers via le seul couplage cosmologique.

"Notre deuxième article montre que ce taux d'augmentation de masse est cohérent avec l'augmentation de la masse des trous noirs en synchronisation avec le volume de l'univers", déclare Farrah. "C'est-à-dire que si le volume de l'univers double, la masse des trous noirs double également."

Farrah explique que si le résultat est correct, alors si le volume de l'univers double, la masse d'un trou noir donné doublera, mais le nombre de trous noirs par unité de volume sera toujours divisé par deux en raison du fait que les trous noirs sont des objets spécifiques .

"En mettant ces deux choses ensemble, la densité de masse des trous noirs restera constante à mesure que l'univers s'étendra. C'est exactement le comportement attendu du « quelque chose » qui donne lieu à une expansion accélérée », déclare Farrah. "Comme aucun autre objet ne présente ce comportement, il soutient que les trous noirs sont ce" quelque chose ". Ainsi, l'énergie noire n'a pas besoin d'être une propriété du vide lui-même, et elle n'a pas besoin d'être uniforme. Il peut résider dans des trous noirs et être produit lorsque de grandes étoiles s'effondrent dans la mort, ce qui est prédit depuis le milieu des années XNUMX. »

L'un des principaux attraits de la théorie du couplage cosmologique de l'équipe est que si certains modèles d'énergie noire nécessitent des ajouts à nos modèles de l'univers, tous les éléments nécessaires à ce modèle sont déjà connus.

"Il fournit une source d'énergie noire à partir de quelque chose dont nous savons déjà qu'il existe, à savoir les trous noirs. Il n'y a pas besoin d'un nouveau type d'objet ou d'une nouvelle particule », explique Farrah.

Un couplage controversé

La nouvelle théorie n'est pas passée sans controverse dans les cercles de physique, de nombreux chercheurs ne voulant pas encore accepter ce couplage cosmologique.

"Je peux repérer des choses troublantes", a déclaré Luz Ángela García, cosmologiste à l'Universidad ECCI. Monde de la physique. "Dire que leur observation établit des preuves que les trous noirs sont fabriqués à partir d'énergie noire semble être un long coup, en particulier, parce que nous ne pouvons pas effectuer de mesures" à l'intérieur "du trou noir."

García est également troublé par le fait qu'en liant l'énergie noire aux trous noirs, la théorie de l'équipe relie cette force au cycle de vie des étoiles, la décrivant comme "très risquée". En effet, lorsque les scientifiques considèrent le contenu énergie-matière de l'univers, les trous noirs et donc l'énergie noire dans ce modèle ont déjà été pris en compte dans la proportion de 5% de «matière ordinaire» du contenu énergie-matière de l'univers.

Enfin, García note que la chronologie de l'univers laisse un vide de deux milliards d'années que la théorie de l'équipe peine à combler.

"Le pic du nombre de trous noirs et de quasars coïncide avec le pic de l'histoire de la formation d'étoiles il y a environ 10 milliards d'années, et après cela, il y a un déclin rapide du nombre de ces objets massifs", explique-t-elle. "D'autre part, le coup d'envoi de la domination de l'énergie noire se produit il y a plus ou moins huit milliards d'années."

Une nouvelle génération assume la constante cosmologique

Donc, si les trous noirs sont la source d'énergie noire, demande García, pourquoi faut-il deux milliards d'années à l'énergie noire pour dominer les autres formes de matière et d'énergie ?

"Bien que nous ne puissions pas exclure complètement l'idée, il me semble qu'il est très peu probable que les trous noirs soient la source d'énergie noire", conclut-elle.

Farrah lui-même convient que le mystère de l'énergie noire est loin d'être résolu, reconnaissant que si les deux articles fournissent la preuve d'une source astrophysique d'énergie noire, leur argument nécessite beaucoup plus d'examen.

"L'énergie noire reste un phénomène profondément mystérieux", conclut Farrah. "Je dirais que nos articles soulèvent la possibilité que les trous noirs soient une source d'énergie noire et fournissent une 'hypothèse intéressante', mais à l'heure actuelle, pas plus que cela."

• Contenu propulsé par le référencement et distribution de relations publiques. Soyez amplifié aujourd'hui.
• Platoblockchain. Intelligence métaverse Web3. Connaissance Amplifiée. Accéder ici.
• La source: https://physicsworld.com/a/new-theory-links-supermassive-black-holes-and-dark-energy/