Et si l’énergie noire provenait des trous noirs ?

D’où pourrait bien provenir la mystérieuse énergie noire, dont l’origine n’est toujours pas expliquée, mais sur laquelle repose une partie du modèle standard de l’univers ? Attention, il ne faut pas confondre avec la matière noire. Les deux notions n’ont rien en commun, si ce n’est le terme « noir » ou « sombre » en raison de leur énigme, aucune n’ayant été directement observée.

La matière noire est une masse invisible, qui agirait comme une forme de glu, une force gravitationnelle permettant notamment aux galaxies de rester structurées. L’énergie noire, de son côté, contribuerait à l’expansion de l’Univers. Son origine fait l’objet de plusieurs hypothèses. Une équipe internationale d’astronomes vient de publier, en février 2023, deux papiers conjoints (1, 2) assez solides sur une possibilité en particulier : que l’énergie noire provienne très directement des trous noirs.

« Nous n’ajoutons rien de nouveau à l’Univers »

Pour comprendre d’où provient l’hypothèse, il faut revenir dans les années 1990 : durant cette décennie, les astronomes ont découvert que l’expansion de l’Univers ne ralentissait pas. Au contraire, elle semble même accélérer. Voilà qui est bizarre, car la gravité est censée peser tant et si bien qu’elle ralentirait l’expansion. C’est là qu’intervient l’énergie noire, une force plus puissante que la gravité.

Les trous noirs, de leur côté, sont des objets cosmiques extrêmement denses. Même la lumière ne peut pas échapper à leur champ gravitationnel, d’où leur nom. Leur existence est désormais prouvée, a fortiori depuis que l’on en a des photos.

Les deux papiers de l’équipe d’astronomes mettent en avant deux observations auxquelles ils ont abouti :

• Les trous noirs gagnent en masse au fil de leur histoire — et ce ne serait pas en raison de l’accrétion du gaz autour d’eux ;
• Ce gain de masse serait compatible avec ce que les physiciens appellent l’ « énergie du vide » — théorisée déjà chez Einstein, c’est l’hypothèse selon laquelle un espace vide contient malgré tout sa propre énergie. Cette énergie serait une propriété spatiale : donc plus l’Univers s’étend, plus il y a d’espace, plus cette énergie est créée.

En clair, d’après les calculs de ces astronomes, le gain de masse des trous noirs à travers le temps correspond au taux d’énergie noire estimée aujourd’hui au fil de l’expansion de l’Univers. Ils couplent les deux phénomènes, de manière tout à fait compatible. « C’est le premier article observationnel dans lequel nous n’ajoutons rien de nouveau à l’Univers comme source d’énergie noire : les trous noirs dans la théorie de la gravité d’Einstein sont l’énergie noire », explique Duncan Farrah, auteur principal des travaux.