Il y a quelques années, la collaboration LIGO/Virgo a détecté des ondes gravitationnelles résultant d'une fusion binaire de trous noirs à l'aide des deux détecteurs du Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Cela a finalement conduit à l'observation de trous noirs avec des masses qui sont environ 30 fois la masse du soleil. Depuis, des chercheurs du monde entier ont étudié ces trous noirs, en examinant spécifiquement s'ils pourraient être d'origine primordiale, ce qui signifie qu'ils ont été produits dans l'univers primitif avant la formation des étoiles et des galaxies.

Hooman Davoudiasl, un physicien théoricien au Brookhaven National Laboratory à New York, a récemment introduit une nouvelle théorie suggérant que les trous noirs observés par la collaboration LIGO/Virgo proviennent d'une transition de phase de confinement des quarks du premier ordre. Dans son papier, Publié dans Lettres d'examen physique , Davoudiasl a mis en œuvre cette idée en utilisant un scalaire de lumière qui pourrait s'avérer être un bon candidat pour la matière noire.

Des détections récentes par la collaboration LIGO/Virgo suggèrent qu'il existe plusieurs trous noirs qui ont des masses similaires (environ 30 masses solaires). Cela suggère qu'il pourrait y avoir une population de trous noirs qui se caractérisent par une valeur de masse typique.

"Cette population peut être associée à l'évolution stellaire et à certaines conditions astrophysiques, mais une origine primordiale pourrait aussi être une explication potentielle, " Hooman Davoudiasl, le chercheur qui a réalisé l'étude, dit Phys.org. "Cette dernière possibilité est assez intrigante, mais comment de tels objets pourraient se former dans l'univers primitif est une question ouverte."

Un mécanisme qui pourrait potentiellement conduire à la production de trous noirs primordiaux (PBH) est une transition de phase cosmologique abrupte, ce qui est quelque peu similaire à la transition de la vapeur au liquide qui se produit lorsque l'eau se condense sur une surface froide. Un exemple de cette transition de phase dans l'univers primitif pourrait être le refroidissement d'un plasma chaud composé de quarks et de gluons, qui aurait pu se produire lors de l'expansion de l'univers, et ils ont commencé à se lier en protons et neutrons.

Selon les théories physiques actuelles, cependant, il y a deux problèmes clés avec ce scénario. Premièrement, la transition ne serait pas brutale, et deuxièmement, cela conduirait très probablement à la production de PBH de masse similaire à celle du soleil, plutôt que des masses 10 fois ou plus plus grandes.

« Dans mon journal, Je me suis proposé d'examiner sous quelles hypothèses supplémentaires, de phénomènes encore inconnus, l'image ci-dessus peut changer d'une manière propice à une explication « primordiale » de la population de trous noirs observée par LIGO/Virgo, " a déclaré Davoudiasl.

L'explication qu'il a proposée est basée sur une construction théorique de longue date suggérant que s'il y a trois quarks légers ou plus, la transition du plasma chaud de quarks-gluons aux particules nucléaires pourrait, En réalité, être brusque. La théorie physique standard actuelle qui a été largement testée, cependant, déclare que dans ce scénario, seuls deux quarks sont suffisamment légers; Donc, la transition ne serait pas brutale (c'est-à-dire ce ne serait pas une transition de phase du premier ordre).

"Mon idée était de voir comment on peut faire en sorte que cette situation change dans l'univers primitif, pour que la transition soit abrupte, mais ensuite récupérer l'image standard plus tard, correspondant à des données expérimentales actuelles bien établies, " expliqua Davoudiasl.

Davoudiasl a essentiellement voulu montrer que dans certaines conditions correspondant à de nouveaux ingrédients physiques, trois quarks légers ou plus pourraient, En réalité, ont été présents dans l'univers primitif pendant la transition vers la matière nucléaire. Cela entraînerait finalement une transition de phase de premier ordre, permettant la production de PBH avec des masses similaires à celles observées par la collaboration LIGO/Virgo.

"Ma proposition fait en sorte que les quarks atteignent les masses que nous observons aujourd'hui par la suite, " a dit Davoudiasl. " Cependant, de façon intéressante, en augmentant le nombre de quarks légers, on pousse également les masses des PBH qui pourraient être produits à des valeurs plus importantes, plus proche de celle de la population observée par LIGO/Virgo."

L'idée introduite par Davoudiasl dans son article récent pourrait expliquer la production des PBH observés par l'équipe LIGO/Virgo. En outre, cela pourrait expliquer pourquoi leurs masses sont plus grandes que ce à quoi on pourrait s'attendre sur la base des théories physiques actuelles.

« Rendre la transition abrupte comme je l'ai proposé facilite non seulement la production de PBH, mais alourdit aussi leurs masses attendues, se rapprochant de celles observées par LIGO/Vierge à travers les ondes gravitationnelles, " ajouta Davoudiasl. " Aussi, ma proposition utilise une particule hypothétique très légère dont la dynamique contrôle la variation des masses de quarks de très petites à leurs valeurs observées aujourd'hui."

De façon intéressante, l'hypothétique "champ lumineux" considéré dans la théorie de Davoudiasl pourrait avoir les bonnes propriétés pour être la matière noire de l'univers que d'innombrables chercheurs ont étudié et recherché. En réalité, les trous noirs observés par la collaboration LIGO/Virgo pourraient ne représenter qu'une petite fraction de la matière noire, en raison de diverses contraintes.

"Le sujet général des cosmologies non standard mérite d'être approfondi, " a déclaré Davoudiasl. " La modification de certaines de nos hypothèses habituelles concernant l'univers primitif pourrait potentiellement conduire à de nouvelles connaissances sur des questions ouvertes en physique et en cosmologie. "

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