Les « balles » primordiales des trous noirs, se déplaçant à des vitesses 7 000 fois supérieures à la vitesse du son, pourraient pénétrer notre système solaire, provoquant peut-être une légère oscillation du mouvement de Mars. En fin de compte, mesurer cette fluctuation pourrait aider à résoudre l’un des mystères scientifiques les plus urgents : la véritable nature de la matière noire.
Les scientifiques pensent que les trous noirs primordiaux sont apparus au début des temps. Ces objets sont très différents des soi-disant « trous noirs astrophysiques » comme le Sagittaire A* (Sgr A*) qui se trouve au cœur de la Voie Lactée. Par exemple, alors que le Sagittaire A* a une masse d’environ 4,3 million Vraisemblablement, les trous noirs primordiaux étaient aussi massifs qu’un astéroïde ou une petite lune, et beaucoup plus petits que les atomes, avec une masse d’environ 200 fois celle du Soleil.
Certains scientifiques émettent également l’hypothèse que des amas de ces petits trous noirs pourraient être responsables de la matière noire, qui est la « matière » la plus mystérieuse de l’univers. Cependant, d’autres affirment que les trous noirs primordiaux pourraient s’être évaporés il y a longtemps en émettant ce qu’on appelle le « rayonnement de Hawking », ce qui signifie qu’ils ne peuvent pas être soupçonnés d’être de la matière noire dans l’univers moderne. Aujourd’hui, une équipe de physiciens propose un moyen de régler le débat : à travers des observations détaillées de Mars.
Les scientifiques suggèrent que si les trous noirs primordiaux constituent de la matière noire, ils devraient traverser rapidement le système solaire au moins une fois tous les dix ans. Ce survol pourrait provoquer une « oscillation » dans l’orbite de Mars qui peut être détectée grâce à la technologie actuelle, grâce à notre documentation minutieuse de l’orbite de la planète rouge.
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« Grâce à des décennies de précision en télémétrie, les scientifiques connaissent la distance entre la Terre et Mars avec une précision d’environ 10 centimètres. » [3.9 inches] » David Kaiser, membre de l’équipe, professeur d’histoire des sciences au MIT, Il a dit dans un communiqué« Nous profitons de cette région de l’espace hautement instrumentée pour tenter de rechercher un petit effet.
« Si nous constatons cela, ce sera une véritable raison de continuer à poursuivre cette idée intéressante selon laquelle toute la matière noire est constituée de trous noirs apparus moins d’une seconde après le Big Bang et circulant autour de l’univers depuis 14 milliards d’années. »
Gros problème, petite solution
Pour comprendre pourquoi la matière noire constitue un problème si énorme pour les physiciens, considérons le fait qu’elle dépasse les particules « ordinaires » d’un facteur cinq contre un. Cela signifie que chaque étoile, planète, lune, astéroïde, nuage de gaz, fusée, satellite ou vaisseau spatial que vous lisez sur Space.com ou que vous observez via votre télescope arrière représente moins de 20 % de la masse totale de l’univers.
Les scientifiques savent que la matière noire ne peut pas être constituée d’atomes, eux-mêmes constitués de protons, de neutrons et d’électrons. En effet, ces particules interagissent avec la lumière, ou plutôt avec le rayonnement électromagnétique. La matière noire n’interagit pas avec la lumière – ou si c’est le cas, cette interaction se produit trop faiblement pour être détectée. Cela rend la matière noire pratiquement invisible pour nous. Au lieu de cela, les scientifiques ne peuvent déduire l’existence de la matière noire qu’à partir de son interaction avec la gravité et de la manière dont cette interaction affecte la lumière et la matière ordinaire – comme les 642 millions de milliards de tonnes de matière qui composent Mars !
Jusqu’à présent, la recherche de candidats à la matière noire s’est concentrée sur des particules qui n’ont pas encore été découvertes. Mais à mesure que ces recherches deviennent plus sophistiquées (mais finissent toujours les mains vides), les scientifiques se tournent de plus en plus vers une idée proposée pour la première fois dans les années 1970 : la matière noire n’est peut-être pas du tout une particule, mais plutôt de minuscules trous noirs laissés par le Grand Claquer.
Ces trous noirs primordiaux ne se formeraient pas à partir de l’effondrement d’étoiles massives, comme le font les trous noirs de masse stellaire, ni ne formeraient une chaîne de fusion de paires de trous noirs de plus en plus massives, comme le font les trous noirs supermassifs. Au lieu de cela, les trous noirs primordiaux, s’ils existent, doivent s’être formés à partir de poches denses de gaz dans l’univers primitif, l’expansion rapide de l’univers entraînant leur répartition dans l’espace.
La réflexion sur l’influence gravitationnelle d’un tel trou noir primordial a commencé par de vaines spéculations.
« Je pense que quelqu’un m’a demandé ce qui se passerait si un trou noir primordial traversait un corps humain », a déclaré le chef d’équipe Tung Tran, étudiant diplômé à l’Université de Stanford. Il a dit dans un communiqué.
À partir de cette question, Tran a calculé que si un trou noir ayant la masse d’un astéroïde passait à moins de 3,2 pieds (1 mètre) d’une personne, la force, selon lui, pousserait cette personne de 20 pieds (6 mètres) en une seconde. Alors, pourquoi cela n’arrive-t-il pas, heureusement ? Eh bien, Tran a également découvert que les chances qu’un trou noir primordial passe à proximité d’une personne sur Terre sont extrêmement minces.
Cela a intrigué Tran, et il a conclu que pour augmenter les chances qu’une telle réaction se produise, il faudrait un objet plus grand en taille et en largeur qu’une personne. Mais plus l’objet est grand, plus l’effet est faible.
Un trou noir primordial rencontre Mars
Tran s’est d’abord tourné vers le système Terre/Lune.
« Nous avons extrapolé ce qui se passerait si un trou noir passait près de la Terre et faisait trembler un peu la Lune », a déclaré Tran. « Les chiffres que nous avons obtenus ne sont pas très clairs. Il existe de nombreuses autres dynamiques dans le système solaire qui pourraient agir comme une sorte de friction pour amortir les vibrations. »
Pour aider à clarifier cette image évolutive, les chercheurs ont créé une simulation simple du système solaire qui prend en compte les interactions gravitationnelles entre les planètes et les plus grandes lunes lors de notre disparition cosmique.
« Les simulations modernes du système solaire incluent plus d’un million d’objets, chacun avec un infime effet résiduel », explique Benjamin Lehman, membre de l’équipe et membre du MIT Pappalardo. Il a dit dans un communiqué« Mais même en modélisant vingt objets dans une simulation précise, nous pouvons constater un effet réel que nous pouvons approfondir. »
L’équipe a ensuite estimé le nombre de fois qu’un trou noir primordial pourrait théoriquement traverser le système solaire, compte tenu de la quantité de matière noire estimée exister dans la région de l’espace autour du soleil.
« Les trous noirs primordiaux ne vivent pas dans le système solaire, ils circulent plutôt à travers l’univers, faisant ce qu’ils veulent », a déclaré Sarah Geller, membre de l’équipe et chercheuse postdoctorale à l’UC Santa Cruz, dans le communiqué. c’est qu’ils traversent le système solaire interne. » « Sous un angle une fois tous les 10 ans environ. »
En calculant le taux de passage des trous noirs primordiaux et en considérant la masse à l’échelle d’un astéroïde des candidats à la matière noire, l’équipe a conclu que ces minuscules trous noirs traverseraient le système solaire à une vitesse étonnante de 5,4 millions de miles par heure, soit environ 7 000 fois. plus rapide que la vitesse du son.
En se concentrant sur les « rencontres rapprochées » entre ces trous noirs concurrents et les objets du système solaire, l’équipe a découvert que Mars représente en fait une meilleure cible que la Terre ou la Lune – au moins une cible qui donne une meilleure image des interactions qui intéressent l’équipe. .
L’équipe a découvert que si un trou noir primordial passait à quelques centaines de millions de kilomètres de Mars, il fausserait l’orbite de la planète rouge. Pour illustrer à quel point ce phénomène est petit, Mars se trouve à plus de 225 millions de kilomètres de la Terre, soit une distance environ 225 000 milliards de fois supérieure à l’effet proposé.
Cependant, l’équipe estime que les instruments qui observent actuellement Mars seraient déjà capables de détecter une si petite anomalie.
Cependant, même si cette anomalie est observée dans les prochaines décennies, les scientifiques devront encore confirmer qu’elle a bien été provoquée par un trou noir primordial et non par le passage d’un astéroïde de même masse.
« Nous avons besoin d’autant de clarté que possible sur les arrière-plans attendus, tels que les vitesses et les distributions typiques des roches spatiales forées, par rapport à ces trous noirs primordiaux », a déclaré Kaiser. « Heureusement pour nous, les astronomes suivent les roches spatiales ordinaires depuis des décennies. lorsqu’ils traversent notre système solaire », a déclaré Kaiser. « Nous pouvons ainsi calculer les propriétés typiques de leurs trajectoires et commencer à les comparer aux types très différents de trajectoires et de vitesses que les trous noirs primordiaux devraient suivre. »
« C’est un test très élégant qu’ils ont proposé, qui peut nous dire si le trou noir le plus proche est plus proche que nous ne le pensons », a déclaré Matt Kaplan, professeur agrégé de physique à l’Université d’État de l’Illinois, qui n’a pas participé à l’étude. déclaration. « Je dois souligner qu’il y a aussi un peu de chance. Le fait que la recherche trouve ou non un signal fort et clair dépend du chemin exact emprunté par le trou noir errant à travers le système solaire. »
« Maintenant qu’ils ont confirmé cette idée par simulation, il leur reste à faire le plus dur : vérifier les données réelles. »
Les recherches de l’équipe ont été publiées mardi 17 septembre dans la revue Examen physique d.
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