La nature de la matière noire qui constitue apparemment 80% de la masse des particules dans l'univers est encore l'un des grands mystères non résolus des sciences actuelles. Le manque de preuves expérimentales, qui pourrait nous permettre de l'identifier à l'une ou l'autre des nouvelles particules élémentaires prédites par les théoriciens, ainsi que la récente découverte d'ondes gravitationnelles provenant de la fusion de deux trous noirs (avec des masses environ 30 fois supérieures à celle du Soleil) par LIGO, le Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) ont ravivé l'intérêt pour la possibilité que la matière noire puisse prendre la forme des trous noirs primordiaux avec des masses comprises entre 10 et 1000 fois celle du Soleil.

Trous noirs primordiaux, qui aurait pour origine les fluctuations de haute densité de la matière au cours des premiers instants de l'Univers, sont en principe très intéressants. Contrairement à celles qui se forment à partir des étoiles, dont l'abondance et les masses sont limitées par des modèles de formation et d'évolution stellaires, les trous noirs primordiaux pourraient exister avec un large éventail de masses et d'abondances. On les retrouverait dans les halos des galaxies, et la rencontre occasionnelle entre deux d'entre eux ayant une masse 30 fois supérieure à celle du Soleil, suivie d'une fusion ultérieure, aurait pu donner lieu aux ondes gravitationnelles détectées par LIGO.

"Effet de microlentille"

S'il y avait un nombre appréciable de trous noirs dans les halos des galaxies, certains d'entre eux interceptent la lumière venant vers nous d'un quasar lointain. En raison de leurs forts champs gravitationnels, leur gravité pourrait concentrer les rayons de lumière, et provoquer une augmentation de la luminosité apparente du quasar. Cet effet, connue sous le nom de "microlentille gravitationnelle" est d'autant plus grande que la masse du trou noir est grande, et la probabilité de le détecter serait d'autant plus grande que la présence de ces trous noirs serait importante. Ainsi, bien que les trous noirs eux-mêmes ne puissent pas être détectés directement, ils seraient détectés par des augmentations de la luminosité des quasars observés.

Dans cette hypothèse, un groupe de scientifiques a utilisé l'effet de microlentille sur les quasars pour estimer le nombre de trous noirs primordiaux de masse intermédiaire dans les galaxies. L'étude, dirigé par le chercheur de l'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) et de l'Université de La Laguna (ULL), Evencio Mediavilla Gradolph, montre que les étoiles normales comme le Soleil provoquent les effets de microlentille, excluant ainsi l'existence d'une importante population de trous noirs primordiaux de masse intermédiaire.

Simulations informatiques

À l'aide de simulations informatiques, ils ont comparé l'augmentation de la luminosité, en lumière visible et en rayons X, de 24 quasars distants avec les valeurs prédites par l'effet de microlentille. Ils ont constaté que la force de l'effet est relativement faible, comme on pourrait s'y attendre d'objets dont la masse est comprise entre 0,05 et 0,45 fois celle du Soleil, et bien en deçà de celui des trous noirs de masse intermédiaire. De plus, ils ont estimé que ces microlentilles forment environ 20% de la masse totale d'une galaxie, équivalent à la masse attendue dans les étoiles. Leurs résultats montrent donc que, avec une forte probabilité, ce sont les étoiles normales et non les trous noirs primordiaux de masse intermédiaire qui sont responsables de la microlentille observée.

"Cette étude implique", explique Evencio Mediavilla, "qu'il n'est pas du tout probable que des trous noirs avec des masses comprises entre 10 et 100 fois la masse du Soleil constituent une fraction significative de la matière noire". Pour cette raison, les trous noirs dont la fusion a été détectée par LIGO ont probablement été formés par l'effondrement d'étoiles, et n'étaient pas des trous noirs primordiaux".

Les astronomes participant à cette recherche incluent Jorge Jiménez-Vicente et José Calderón-Infante (Université de Grenade) et José A. Muñoz Lozano, et Héctor Vives-Arias, (Université de Valence).