Comment les Trous Noirs Supermassifs Ont-Ils Émergé dans l'Univers Naissant

Comment les Trous Noirs Supermassifs Ont-Ils Émergé dans l'Univers Naissant La vidéo retrace l'hypothèse des trous noirs primordiaux, suggérée dès 1966-1967 par les physiciens soviétiques Yakov Zeldovich et Igor Novikov, puis formalisée par Stephen Hawking en 1971. Elle s'ouvre sur un constat : le premier trou noir de l'univers n'a pas pu naître d'une étoile mourante, car à moins d'une seconde après le Big Bang, il n'existait encore ni étoiles, ni galaxies, ni atomes. Elle décrit ensuite l'inflation qui dilate l'univers en une fraction de seconde, la nucléosynthèse primordiale produisant hydrogène et hélium, la recombinaison à 380 000 ans qui libère le fond diffus cosmologique, puis les véritables « âges noirs » jusqu'aux premières étoiles, dont l'effondrement forme les trous noirs stellaires classiques. Le conflit central vient des observations : le James Webb Space Telescope détecte des trous noirs supermassifs trop massifs trop tôt, comme un quasar de 800 millions de masses solaires 690 millions d'années après le Big Bang, soit 200 fois plus lourd que Sagittarius A*, le trou noir central de la Voie lactée, ou comme le trou noir d'environ 40 millions de masses solaires de la galaxie UHZ1, observé 470 millions d'années après le Big Bang. La limite d'Eddington rend une telle croissance impossible à partir de graines stellaires. La vidéo explique alors que des fluctuations de densité dépassant un seuil d'environ 10 %, héritées de l'inflation, auraient pu s'effondrer directement en trous noirs avant la première seconde, sur un spectre de masses allant de l'échelle de Planck à des millions de masses solaires, les plus légers s'évaporant par rayonnement Hawking. Elle évoque la matière noire, des indices de Fritz Zwicky aux courbes de rotation plates de Vera Rubin, et les échecs des recherches de WIMP et d'axions, qui relancent l'idée que ces trous noirs pourraient en faire partie et servir de graines aux premières galaxies. Microlentille gravitationnelle (sondages MACHO, EROS et OGLE vers les Nuages de Magellan), ondes gravitationnelles de LIGO et Virgo, sursauts gamma du télescope Fermi, données Gaia et contraintes du satellite Planck resserrent les limites sans trancher : les trous noirs primordiaux restent hypothétiques, mais toujours en piste. Pour compléter le tableau, quelques repères historiques. L'idée des trous noirs primordiaux a d'abord été proposée par Zeldovich et Novikov en 1966, avant que Hawking ne publie en 1971 la première théorie détaillée de leur formation (fr.wikipedia.org/wiki/Trous_noirs_primordiaux). Hawking avait aussi calculé qu'un micro trou noir de la masse de Planck, soit environ 10 puissance moins 8 kg, s'évaporerait en 8,6 fois 10 puissance moins 40 seconde, ce qui signifie que les éventuels survivants d'aujourd'hui devraient peser au moins 173 millions de tonnes et rayonner dans les rayons gamma. Côté scénarios classiques, les modèles de « collapsus direct » proposent une voie alternative aux graines stellaires : un gaz primordial sans métaux, dans des halos de matière noire de plus de 100 millions de masses solaires à un redshift supérieur à 10, s'effondrerait directement en trou noir de 10 000 à un million de masses solaires (ar5iv.labs.arxiv.org/html/1203.6075). Plus récemment, un modèle de Cappelluti, Hasinger et Natarajan décrit une formation en quatre phases liées aux transitions de l'Univers primordial, des masses planétaires à la transition électrofaible jusqu'à un million de masses solaires lors de l'annihilation des électrons et positrons. Dans ce scénario, ces trous noirs formeraient des mini halos de matière noire qui accéléreraient la naissance des premières étoiles, avec des signatures que le télescope James Webb et le détecteur eLISA, prévu pour les années 2030, pourraient tester (futura-sciences.com/sciences/actualites/trou-noir-telescope-spatial-webb-pourrait-decouvrir-premieres-etoiles-sont-formees-autour-trous-noirs-primordiaux-95650).