La Planète 9 est-elle réellement un trou noir primordial ?

Vue d'artiste de Planet 9 nagualdesign ; Tom Ruen / Wikimedia commons

Les astronomes sont sur la piste de quelque chose de grand. Leur cible est entre 5 et 15 fois la masse de la Terre et orbite autour du soleil au-delà de Neptune. Voici la planète 9, le dernier corps en orbite non découvert du système solaire. Et sa découverte est attendue dans un avenir pas trop lointain.

La raison de l'excitation est la preuve croissante que Planet 9 doit être là-bas. Les astronomes peuvent voir que d'autres corps trans-neptuniens - astéroïdes, comètes, etc.

Cette preuve fait allusion à la masse de la planète, mais suggère également qu'elle doit être très éloignée - peut-être 250 fois la distance de la Terre au soleil, c'est pourquoi elle est si difficile à repérer.

Mais aujourd'hui, les astronomes disent qu'il peut y avoir une autre raison pour laquelle personne n'a vu la planète 9 : parce que ce n'est peut-être pas du tout une planète. Au lieu de cela, disent-ils, notre système solaire pourrait être en orbite autour d'un trou noir primordial - un morceau de matière super dense de la taille d'une balle de tennis. Et si tel est le cas, nous devons alors le rechercher d'une manière totalement différente.

Tout d'abord un peu de contexte. Les cosmologistes ont longtemps supposé que l'univers primitif était rempli de fluctuations quantiques qui provoquaient la concentration de la matière dans certaines régions et son absence dans d'autres.

Certaines de ces régions auraient été vastes, semant la formation de galaxies entières. Mais la plupart auraient été minuscules, beaucoup contenant suffisamment de masse pour piéger la lumière, en d'autres termes, pour former des trous noirs.

Ces trous noirs dits primordiaux sont totalement différents de ceux formés par l'effondrement des grosses étoiles ou des supermassifs qui sévissent au centre des galaxies (et qui ont été récemment imagés pour la première fois).

Au lieu de cela, les trous noirs primordiaux sont minuscules et nombreux mais difficiles à repérer. En effet, il existe peu de preuves de leur existence.

Un trou noir primordial de cinq masses terrestres (taille réelle 5 cm)

Du moins, c'était le cas jusqu'au début de cette année, lorsque les astronomes ont rapporté un certain nombre d'observations déroutantes indiquant la possibilité que les trous noirs primordiaux soient communs après tout.

Ces observations proviennent d'une expérience appelée Optical Gravitational Lensing Experiment, ou OGLE, qui recherche les changements de luminosité des étoiles et des galaxies lointaines causés par la lentille gravitationnelle. C'est le phénomène relativement rare dans lequel une grande masse focalise la lumière d'un objet derrière elle, agissant comme une lentille. Si ces objets s'alignent de manière à placer la Terre au point focal, les astronomes obtiennent gratuitement une vue agrandie de l'objet le plus éloigné.

La plupart des lentilles gravitationnelles sont énormes - des galaxies entières, par exemple, qui concentrent la lumière de galaxies encore plus éloignées derrière elles. Mais OGLE a repéré un certain nombre de lentilles qui semblent être beaucoup plus petites et plus proches, situées dans notre propre galaxie. Ces objets sont très compacts et environ cinq fois la masse de la Terre.

Personne ne sait ce qu'ils sont, mais une possibilité est qu'il s'agisse de trous noirs primordiaux. Si c'est le cas, alors notre univers doit en être rempli.

Cette possibilité a attiré l'attention de Jakub Scholtz de l'Université de Durham au Royaume-Uni et de James Unwin de l'Université de l'Illinois à Chicago. Si les événements OGLE sont dus à une population de trous noirs primordiaux, il est possible que les anomalies orbitales des objets trans-neptuniens soient également dues à l'un de ces trous noirs primordiaux qui a été capturé par le système solaire, disent-ils. Si tel est le cas, nous sommes beaucoup plus proches d'un trou noir primordial que nous ne l'aurions jamais imaginé.

Scholtz et Unwin explorent cette idée aujourd'hui. Ils disent que Planet 9 ne peut avoir atteint sa position actuelle que d'une seule des trois manières. La première est qu'il s'est formé dans cet endroit éloigné. Cependant, cela est peu probable car il n'y a pas eu assez de temps depuis la formation du système solaire pour que l'accrétion nécessaire se produise à cette distance.

La deuxième possibilité est que la planète se soit formée plus près du soleil et ait ensuite été en quelque sorte catapultée vers son emplacement actuel. Cela aussi est peu probable, car cela aurait nécessité un événement catastrophique comme le passage d'une étoile proche. Mais rien ne prouve que cela se soit produit pendant la durée de vie du système solaire.

La dernière possibilité est que la planète 9 était une planète flottant librement capturée par le champ gravitationnel du soleil. On sait peu de choses sur les planètes flottantes et leur nombre dans la galaxie.

Mais Scholtz et Unwin font remarquer que si ce type de capture est possible, la capture d'un trou noir primordial l'est également. Nous soutenons que bien qu'il y ait une faible probabilité de capturer un trou noir primordial de masse terrestre, ce n'est pas plus improbable que de capturer une planète flottante libre de masse similaire, disent-ils.

Ils calculent ensuite la probabilité de capture en fonction du nombre de trous noirs primordiaux à proximité suggérés par les observations OGLE.

Une conséquence de cette théorie est que Planet 9 sera impossible à repérer avec des télescopes à lumière visible et infrarouge. Cela signifie que les recherches actuelles des astronomes sur la planète sont vouées à l'échec.

Un trou noir primordial aurait une signature très différente, disent Scholtz et Unwin. Ils émettent l'hypothèse qu'il serait entouré d'un halo de matière noire et que l'annihilation des particules de matière noire générerait des rayons gamma.

Ce signal pourrait même être suffisamment fort pour être observé par le télescope spatial Fermi Gamma Ray. Scholtz et Unwin disent qu'ils prévoient de rechercher ce signal dans les données de Fermi à un moment donné dans le futur.

C'est un travail fascinant qui offre une perspective entièrement nouvelle sur la planète 9 et sur la façon dont les astronomes devraient la rechercher. Cela soulève également la possibilité que l'un de nos voisins soit plus exotique que quiconque ne l'imaginait. Un trou noir primordial à notre porte ? Imaginez ça !

Réf : arxiv.org/abs/1909.11090 : Et si la planète 9 était un trou noir primordial ?

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