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Within a second after the Big Bang, particle interactions may have created black holes, boson stars and cannibal stars

by International School of Advanced Studies (SISSA)

edited by Gaby Clark, reviewed by Robert Egan

MAvant même que les éléments atomiques ne s'assemblent, moins d'une seconde après le Big Bang, si des particules se sont condensées en halos de matière, ces halos auraient pu s'effondrer, donnant naissance aux premiers trous noirs, aux étoiles de bosons et aux étoiles dites cannibales. Telle est la conclusion d'une nouvelle étude publiée dans Physical Review D, menée par une équipe de chercheurs de la SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati), en collaboration avec l'INFN, l'IFPU et l'Université de Varsovie.

Partant de l'hypothèse, proposée par certains modèles cosmologiques, d'une brève ère primordiale dominée par la matière (EMDE) aux premiers instants de l'Univers, les auteurs ont étudié les interactions entre les particules et découvert que de telles interactions pouvaient engendrer une surprenante variété d'objets cosmiques. L'étude montre ainsi que, dès les premiers instants suivant le Big Bang, l'Univers pouvait déjà être le théâtre d'une phénoménologie physique riche et complexe.

Juste après l'inflation : que s'est-il passé ensuite ?

Les progrès récents en cosmologie ont permis de reconstituer en détail l'histoire de l'univers, depuis l'expansion initiale rapide appelée inflation jusqu'à la nucléosynthèse primordiale, la formation des premiers noyaux atomiques plus lourds que l'hydrogène, survenue entre 10 secondes et 20 minutes après le Big Bang. La période intermédiaire, cependant, reste largement inexplorée.

Comme l'expliquent les auteurs, « une possibilité fascinante est que, durant cet intervalle, la matière ait temporairement dominé l'univers ». Dans ce scénario, des halos de matière peuvent se former naturellement. De plus, si les particules pouvaient interagir entre elles, ces interactions pourraient conduire à un effondrement gravothermique, donnant naissance à des objets compacts tels que des trous noirs et d'autres structures cosmiques exotiques.

Des structures étranges à l'aube de l'univers

Parmi ces objets compacts, les chercheurs suggèrent que des étoiles cannibales pourraient s'être formées. Les étoiles cannibales sont semblables aux étoiles traditionnelles, à la différence que c'est l'auto-annihilation des particules, et non la fusion nucléaire, qui les alimente.

Dans le même temps, les auteurs notent que des étoiles de bosons ont également pu se former, la nature quantique des particules assurant leur existence. Ces étoiles auraient pu peupler l'univers naissant pendant quelques secondes seulement avant de s'effondrer pour former des trous noirs primordiaux (TNP). Alternativement, les TNP pourraient s'être formés directement par l'effondrement des halos de matière.

Nouvelles hypothèses sur les trous noirs primordiaux

Selon l'étude, les halos formés lors d'une explosion équatoriale massive (EMDE) avaient des masses relativement faibles (inférieures à 10²⁸ grammes) et, suite à un effondrement gravothermique, auraient pu générer des trous noirs primordiaux encore plus petits. À l'aide d'un modèle théorique simplifié, les chercheurs ont montré que, dans certains cas, les TNP pourraient être produits en excès, contredisant les contraintes observationnelles ; dans d'autres, des TNP de la masse d'un astéroïde pourraient se former, expliquant potentiellement toute la matière noire de l'univers.

Enfin, certains TNP pourraient s'évaporer rapidement, disparaissant avant la nucléosynthèse primordiale, c'est-à-dire avant la formation d'atomes légers tels que l'hydrogène et l'hélium.

Nouvelles perspectives sur l'univers

Ces résultats ouvrent également des perspectives plus larges. Comme le concluent les auteurs : « Il serait intéressant d'explorer la formation d'étoiles cannibales et d'étoiles bosoniques dans l'univers actuel, par l'effondrement de halos de matière noire auto-interagissants. De plus, bien que plus spéculative, l'étude de la formation et de l'accrétion stellaires dans des modèles particulaires simples pourrait apporter un éclairage nouveau sur les processus astrophysiques complexes qui façonnent notre univers. »

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RESUME

AMoins d'une seconde après le Big Bang, les interactions de particules lors d'une ère primordiale dominée par la matière pourraient avoir conduit à la formation d'objets compacts tels que des trous noirs, des étoiles de bosons et des étoiles cannibales. Ces structures pourraient s'être formées par effondrement gravothermique de halos de matière, certains trous noirs primordiaux pouvant potentiellement expliquer la matière noire ou s'évaporer avant la nucléosynthèse.

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COMMENTAIRES 

Je ne connaissais pas cette ecole  ...'École internationale supérieure d'études avancées (en italien, Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati,, souvent abrégé en SISSA) est une université italienne située à Trieste. Cette école supérieure travaille notamment en partenariat avec l'observatoire astronomique de Trieste.

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Les seules traces obsservables d un big bang  ce sont celles obsrvees par  Penzias    et  Wilson  en 1963   dans la gamme des frequences  micro ondes   ..... E t  comme dirait   Verlaine tout le reste est littérature  mathematique et physique !!!!

 libre a vous chers lecteurs  d adherer aux conclusions de cet article ou de le prendre en tant que science fiction  !!!!

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More information: Pranjal Ralegankar et al, Gravothermalizing into primordial black holes, boson stars, and cannibal stars, Physical Review D (2025). DOI: 10.1103/xpwl-w5zk. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2410.18948

Journal information: Physical Review D  , arXiv 

Provided by International School of Advanced Studies (SISSA) 

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