Les amas de trous noirs primordiaux se déchirent dans la Galaxie, compliquant la recherche de matière noire
Date : 14 juillet 2026
Image à la une : [Impression d’artiste d’un amas de trous noirs primordiaux dans le halo de la Voie lactée ; crédit : NASA/JPL-Caltech]
Si la matière noire est constituée de minuscules trous noirs formés dans les premiers instants après le Big Bang, ils ne sont probablement pas restés en amas denses longtemps. Une nouvelle étude de l’Institut de physique Lebedev à Moscou montre que les amas de trous noirs primordiaux sont régulièrement déchirés par des rencontres gravitationnelles tandis qu’ils orbitent autour de la Voie lactée, dispersant des trous noirs individuels à travers le halo galactique.
Cette découverte, soumise à arXiv le 10 juillet, a des conséquences directes sur la façon dont les astronomes recherchent les trous noirs primordiaux par microlentille gravitationnelle. L’attrait des amas était qu’ils pourraient aider les trous noirs primordiaux à échapper aux limites existantes des microlentilles en produisant des courbes de lumière complexes que les télescopes de relevé ne peuvent pas identifier facilement. Les nouveaux résultats montrent que cette évasion n’est que partielle.
« L’attrait initial des amas comme moyen d’échapper aux limites des microlentilles n’est donc que partiellement réalisé », écrivent les auteurs. « Une fraction substantielle de la population d’amas du halo interne est perturbée au cours de la vie de la galaxie, indépendamment de la masse initiale de l’amas. »
Comment les amas se brisent
L’étude, dirigée par M.V. Tkachev et S.V. Pilipenko, combine des simulations cosmologiques N-corps avec 72 simulations dédiées de collisions binaires pour suivre le destin des amas de trous noirs primordiaux du redshift 9 à nos jours. Ils simulent des amas de deux masses : 1 million de masses solaires, contenant environ 33 000 trous noirs individuels de 30 masses solaires chacun, et 10 millions de masses solaires, contenant environ 330 000 trous noirs.
Le mécanisme de perturbation est cumulatif. Chaque fois qu’un amas passe près d’un autre amas, une petite fraction de ses trous noirs membres sont arrachés. Les rencontres individuelles sont faibles, éjectant généralement moins de 1 pour cent de la masse d’un amas par événement. Mais sur 13,8 milliards d’années, les impacts s’accumulent.
À la distance du Soleil du centre galactique, un amas d’un million de masses solaires conserve environ 50 pour cent de sa masse d’origine à ce jour. Un amas de 10 millions de masses solaires n’en conserve que 4 pour cent, car les amas plus grands présentent une cible gravitationnelle plus grande et entrent en collision plus fréquemment.
La moitié de la perte de masse totale se produit avant le redshift 2, pendant les premières phases froides de l’assemblage galactique, un canal que les estimations analytiques standard à redshift zéro manquent entièrement.
Ce que cela signifie pour la recherche de matière noire
La fraction lisse survivante de trous noirs primordiaux, mesurée vers les Grand et Petit Nuages de Magellan, est d’environ 49 pour cent pour la plus petite taille d’amas et de plus de 90 pour cent pour la plus grande. Ces trous noirs libres sont soumis aux limites standard de microlentille à lentille ponctuelle des relevés comme OGLE, EROS, MACHO et le Subaru Hyper Suprime-Cam.
L’article souligne que les réanalyses des données de relevés de microlentilles doivent adopter une fraction lisse variant radialement plutôt que de traiter les amas comme des lentilles statiques. Une population qui est lisse à 90 pour cent dans le halo interne (là où la plupart des relevés regardent) n’échappe pas de manière significative à la détection.
Les résultats sont cohérents avec un article compagnon de Toshchenko et ses collègues d’avril 2026, qui a révélé que jusqu’à 93 pour cent de la matière noire des trous noirs primordiaux en amas pourrait échapper à la détection par microlentille en raison de courbes de lumière complexes, mais qu’une population significative de trous noirs isolés subsiste, ce qui signifie que les contraintes ne sont pas complètement levées.
Connexions avec les ondes gravitationnelles
L’arrachement des trous noirs primordiaux des amas en objets isolés affecte également les taux de formation binaire et la dynamique des fusions. Les travaux antérieurs du même groupe ont montré que les taux de fusion binaire de trous noirs primordiaux pourraient être multipliés par un facteur de 6 à 8 en raison des effets d’amas, ce qui impliquerait une abondance plus faible de trous noirs primordiaux nécessaire pour expliquer le taux de fusion observé par LIGO et Virgo.
Des travaux antérieurs du groupe ont également montré que même une minuscule fraction de trous noirs primordiaux d’une partie sur 10 000 conduit à une forte concentration dans les centres des galaxies naines, resserrant les contraintes astrophysiques de deux ordres de grandeur.
L’article ne tranche pas la question de savoir si les trous noirs primordiaux constituent la matière noire, mais il précise la question. Les futurs relevés par microlentille devront tenir compte d’une population mixte de trous noirs primordiaux en amas et lisses, la fraction lisse variant selon l’emplacement dans la galaxie. La réponse à la question de savoir si la matière noire est constituée de trous noirs dépendra de l’obtention de cette distribution radiale correcte.
Traduit par Lydie