Des astronomes comptent détourner les trous noirs pour en faire des collisionneurs de particules

Les coûts faramineux, les délais de construction considérables et les coupes budgétaires sévères, notamment sous l’administration Trump, compliquent la construction de futurs supercollisionneurs. En réponse, des physiciens proposent une alternative moins onéreuse : observer les phénomènes se produisant autour des trous noirs.

Une alternative aux collisionneurs de particules

La construction de nouveaux collisionneurs de particules, outils phares de la physique moderne, semble de moins en moins réaliste à court terme. Mais plutôt que de construire d’énormes infrastructures sur Terre, pourquoi ne pas observer les trous noirs, ces géants cosmiques capables de générer des environnements énergétiques bien plus puissants que tout ce que l’humanité a jamais construit ?

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Jusqu’à présent, les scientifiques espéraient détecter les particules de matière noire grâce aux collisions de protons générées par le Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN. Pourtant, aucune preuve de leur existence n’a encore été trouvée. Ce dispositif a déjà permis des percées majeures, comme la découverte du boson de Higgs en 2012, mais il n’a pas encore révélé le moindre indice tangible sur la matière noire.

La matière noire, qui constituerait près de 27 % de la masse de l’Univers, reste invisible car elle n’interagit pas avec la lumière. Les scientifiques la soupçonnent d’influencer fortement la formation et la dynamique des galaxies, mais son origine comme sa nature demeurent inconnues. Pour espérer de nouvelles découvertes, il faudrait construire des collisionneurs encore plus puissants, ce qui pourrait prendre des décennies.

Les trous noirs, de nouveaux accélérateurs naturels ?

Mais selon une équipe de chercheurs, cette attente pourrait être évitée. Dans une étude publiée dans Physical Review Letters, ils suggèrent que les disques d’accrétion des trous noirs, en rotation rapide, pourraient produire des collisions d’une intensité comparable, voire supérieure, à celle des futurs supercollisionneurs.

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« Les collisionneurs comme le LHC ont pour objectif de générer des particules de matière noire, mais nous n’avons encore rien observé », explique Joseph Silk, astrophysicien à l’université Johns-Hopkins et co-auteur de l’étude. « Plutôt que d’investir 30 milliards de dollars et d’attendre 40 ans pour construire un nouvel accélérateur, nous pourrions tirer parti des trous noirs supermassifs. »

Les observations montrent que ces objets, entourés de disques de matière chaude, projettent d’immenses jets de plasma. Les calculs indiquent que ces jets pourraient générer des collisions de particules à des niveaux d’énergie inégalés, semblables à ceux envisagés pour les futurs supercollisionneurs. « Certaines particules issues de ces collisions sont englouties par le trou noir, mais d’autres sont éjectées avec des énergies phénoménales », précise Silk. Ces énergies pourraient rivaliser avec celles produites par n’importe quel accélérateur terrestre.

Observation depuis la Terre

Pour capter ces particules, les chercheurs suggèrent d’utiliser des observatoires déjà existants, comme IceCube au pôle Sud ou le télescope à neutrinos Kilometer Cube. Ces installations, conçues pour étudier les phénomènes cosmiques, pourraient détecter les particules à très haute énergie émises par les trous noirs.

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« Si ces particules atteignent nos détecteurs, cela prouverait l’existence d’un collisionneur naturel opérant dans les conditions extrêmes des trous noirs », ajoute Silk. En plus de fournir des indices sur la matière noire, ces observations pourraient révéler des signatures inédites, enrichissant notre compréhension de l’Univers.

Cette approche pourrait transformer les trous noirs en puissants laboratoires cosmiques, dévoilant des secrets que nous pensions inaccessibles sans infrastructures terrestres colossales. Par ailleurs, James-Webb détecte une activité inhabituelle dans le trou noir au centre de la Voie lactée.