Could dark matter be made of black holes from a different universe?
Astronomie et Espace
Astronomie
14 avril 2026
La matière noire pourrait-elle être composée de trous noirs provenant d'un autre univers ?
Par Enrique Gaztanaga, The Conversation
Édité par Gaby Clark, relu par Andrew Zinin
Notes de la rédaction
The GIST
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Simulation de la « toile cosmique », le vaste réseau de filaments qui s'étend à travers l'Univers. La densité de matière noire est représentée par les couleurs bleu-violet à gauche. La densité de gaz est représentée par les couleurs orange-rouge à droite. Crédit : ESA
De nouvelles recherches suggèrent que des trous noirs reliques antérieurs au Big Bang pourraient encore influencer la formation des galaxies aujourd'hui. Ces trous noirs pourraient expliquer la matière noire, l'une des plus grandes énigmes de la cosmologie.
De manière générale, les trous noirs sont des régions de l'espace-temps où la matière est comprimée dans un espace infime. La matière noire, quant à elle, est une matière qui n'absorbe ni ne réfléchit la lumière. Nous savons qu'elle existe grâce à son influence gravitationnelle sur les galaxies et autres structures cosmiques.
On peut la considérer comme le « ciment » qui maintient les galaxies ensemble, mais nous ignorons sa composition fondamentale. La plupart des physiciens pensent que la matière noire est composée d'une particule subatomique encore inconnue.
Cependant, les trous noirs anciens, antérieurs au Big Bang, correspondent également à cette hypothèse. Ils sont sombres, mais possèdent aussi une masse – exactement les propriétés requises.
J'ai exploré cette idée dans un article récent. Bien sûr, l'idée de trous noirs reliques implique aussi de repenser le Big Bang lui-même.
Une simulation de la « toile cosmique », le vaste réseau de filaments qui s'étend à travers l'Univers. La densité de matière noire est représentée par les couleurs bleu-violet à gauche. La densité de gaz est représentée par les couleurs orange-rouge à droite. Crédit : ESA
Pendant près d'un siècle, les cosmologistes ont retracé l'histoire de l'Univers jusqu'à ce moment unique et dramatique. Mais peut-être n'était-ce pas le commencement absolu des temps. Peut-être y avait-il un univers avant le Big Bang.
Selon ce scénario, l'univers s'est effondré avant de connaître une expansion. Le Big Bang représente la transition entre ces deux phases.
Le modèle du Big Bang a connu un succès remarquable. Il explique le fond diffus cosmologique – la rémanence de l'univers primordial – et prédit la distribution à grande échelle des galaxies avec une précision étonnante.
Mais dans la théorie de la relativité générale d'Einstein, il s'agit aussi d'une singularité – un point où la densité devient infinie et où les lois connues de la physique ne sont plus respectées.
De nombreux physiciens interprètent cela non pas comme une réalité physique, mais comme le signe d'un manque. Les singularités ressemblent moins à des objets physiques qu'à des avertissements mathématiques : elles nous indiquent que nos théories actuelles ne peuvent pas décrire les premiers instants de l'univers.
Un rebond, pas une explosion
Une alternative est la cosmologie du rebond. Sur cette image, l'univers subit une phase de contraction avant le Big Bang, atteignant une densité extrêmement élevée, mais finie. Au lieu de s'effondrer en une singularité, il rebondit, amorçant une nouvelle phase d'expansion.
Illustration d'un trou noir supermassif. Les trous noirs reliques pourraient-ils expliquer le mystère de la matière noire ? Crédit : NASA/Caltech-IPAC/Robert Hurt
Les modèles de rebond sont explorés depuis des décennies, nécessitant souvent des modifications de la gravité ou l'introduction de nouveaux éléments exotiques. Mais nos travaux montrent qu'un rebond peut apparaître comme une solution régulière dans le cadre de la physique standard, lorsque la gravité et les effets de la mécanique quantique – les lois qui régissent la nature à l'échelle microscopique – sont pris en compte de manière cohérente.
En cosmologie standard, le Big Bang est rapidement suivi d'une période d'expansion rapide et exponentielle de l'univers primordial. Cette étape, appelée inflation, efface pratiquement toute trace des structures antérieures.
La situation est différente pour un univers rebondissant. Dans nos travaux, nous avons découvert que des objets de plus de 90 mètres de diamètre pourraient avoir survécu à la transition de l'effondrement à l'expansion. Il en résulte des « reliques » porteuses d'informations d'une époque cosmique antérieure. Ces reliques peuvent inclure des trous noirs, des ondes gravitationnelles et des fluctuations de densité.
La physique quantique apporte un éclairage essentiel sur ce phénomène. Selon le principe d'exclusion de Pauli, pierre angulaire de la théorie quantique, la matière devient « dégénérée » à des densités extrêmement élevées. Elle génère alors une pression qui résiste à toute compression supplémentaire, même en l'absence de chaleur.
Dans notre modèle, un effet similaire opère à l'échelle cosmologique. Il pourrait expliquer pourquoi l'univers ne s'effondre pas complètement et pourquoi des structures formées avant ou pendant le rebond peuvent survivre à la phase d'expansion.
Les « petits points rouges » observés par le JWST pourraient-ils représenter des trous noirs reliques ? Crédit : NASA, ESA, ASC, STScI, Dale Kocevski (Colby College)
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urvivre à l'apocalypse
Nous avons identifié deux voies principales d'apparition des trous noirs reliques.
La première est la survie directe. Les objets compacts et les perturbations (fluctuations de densité ou de gravité) générés lors de la phase d'effondrement de l'Univers peuvent persister après le rebond.
La seconde voie est encore plus intrigante. Lors de la contraction, la matière s'agglomère naturellement sous l'effet de la gravité, formant des structures similaires aux halos qui abritent aujourd'hui les galaxies. Après le rebond, ces structures s'effondrent efficacement en trous noirs.
Les galaxies et les étoiles issues de la phase de contraction s'effondrent ainsi en trous noirs, effaçant la majeure partie de leur structure détaillée tout en préservant leur masse.
Ces trous noirs pourraient-ils être de la matière noire ? Pendant des décennies, le principal candidat a été une particule fondamentale, mais aucune n'a été détectée malgré des recherches approfondies.
Les trous noirs reliques offrent une alternative convaincante. Si le rebond en produit suffisamment, ils pourraient constituer une fraction significative, voire dominante, de la matière noire.
Cette idée pourrait également être liée à l'une des énigmes observationnelles les plus intrigantes de ces dernières années.
Le télescope spatial James Webb (JWST) a révélé l'existence d'une population d'objets compacts et extrêmement rouges dans l'Univers primordial, parfois appelés « petits points rouges ». Ces sources astronomiques apparaissent étonnamment massives et lumineuses, seulement quelques centaines de millions d'années après le Big Bang.
De nombreux astronomes soupçonnent qu'elles sont associées à des trous noirs en croissance rapide – peut-être les germes des trous noirs supermassifs que l'on trouve aujourd'hui au centre des galaxies. Mais leur existence est difficile à expliquer dans le cadre de la cosmologie standard. Comment des objets aussi massifs ont-ils pu se former si rapidement ?
Les trous noirs reliques offrent une explication naturelle. Si des germes massifs existaient déjà immédiatement après le Big Bang, l'Univers primordial n'aurait pas eu besoin de repartir de zéro. Les trous noirs supermassifs pourraient provenir d'anciens survivants plutôt que d'objets nouvellement formés.
En ce sens, le JWST pourrait déjà entrevoir les descendants de reliques antérieures au Big Bang.
Un nouveau cadre cosmologique
Dans son ensemble, le scénario du Big Bang offre une approche unifiée pour aborder plusieurs problèmes de longue date en cosmologie.
La singularité du Big Bang est remplacée par une transition quantique. Cette transition pourrait être liée au concept de « pont d'Einstein-Rosen » : un lien mathématique entre deux régions distinctes de l'espace-temps.
L'inflation émerge naturellement de la dynamique au voisinage du rebond.
L'énergie sombre pourrait être liée à la structure globale d'un univers fini.
La matière noire pourrait être composée de trous noirs reliques – peut-être notre propre univers a-t-il commencé comme tel.
Les ondes gravitationnelles pourraient porter les traces d'une phase cosmique antérieure.
Les trous noirs supermassifs pourraient avoir des origines anciennes, compatibles avec les récentes observations du JWST.
Il reste encore beaucoup à faire. Ces hypothèses doivent être confrontées aux données – des fonds d'ondes gravitationnelles aux relevés de galaxies et aux mesures précises du fond diffus cosmologique.
Mais la possibilité est profonde : l'univers n'aurait peut-être pas commencé une seule fois, mais aurait rebondi. Et les structures sombres qui façonnent les galaxies aujourd'hui pourraient être des vestiges d'une époque antérieure au Big Bang.
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RESUME
La matière noire pourrait-elle être composée de trous noirs provenant d'un autre univers ?
Un modèle cosmologique propose que des trous noirs formés avant le Big Bang auraient pu survivre à un rebond cosmique et constitueraient aujourd'hui la matière noire. Ce scénario suggère que des trous noirs reliques, plutôt que des particules encore inconnues, pourraient expliquer la matière noire et justifier la présence de trous noirs massifs primitifs observés par le JWST. Ce modèle remplace la singularité du Big Bang par une transition quantique, permettant ainsi la persistance de structures issues d'un univers antérieur.
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COMMENTAIRES
Cet article pourrait bien faire la suite de celui proposé par un de mes proches ici il y a un an :notre univers actuel serait le résultat de l explosion finale d un trou noir de taille et format superieurs !!!
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Mais il faut toujours avant de commenter un article de SCIENCE X regarder sa signzyure et sa provence d edition !goiven by
by Enrique Gaztanaga, The Conversation
edited by Gaby Clark, reviewed by Andrew Zinin
Dans cet aticle je ne vois pas les causes qui empécheraient lres trous noirs memes supermassifsq d 'échapper a leur dégéneérescence et leur explosion finamlze
Rien ne se crée ,tout se transforme et le hasard profond reste le maitre ! J en reparlerai dimanche !
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by Enrique Gaztanaga, The Conversation
edited by Gaby Clark, reviewed by Andrew Zinin
Editors' notes
The GIST
