Deux innovations sur la piste des trous noirs primordiaux

Des chercheurs proposent de traquer la signature de trous noirs primordiaux qui ont fusionné au tout début de l’histoire de l’Univers. ©ESO/L. Calçada

La chasse aux trous noirs minuscules qui datent des débuts de l’Univers est ouverte. Les chercheurs de l’UNamur et de l’ULB proposent un détecteur innovant pour les repérer. Avec deux brevets à la clé.

Ce sont à la fois des travaux scientifiques en cosmologie et portant sur des champs magnétiques intenses portés par le Pr André Füzfa, astrophysicien à l’UNamur, qui viennent d’aboutir. Avec le Pr Sébastien Clette de l’ULB et le doctorant Léonard Lehoucq, de l’École normale supérieure à Paris, ils proposent ni plus ni moins de traquer la signature de trous noirs primordiaux qui ont fusionné au tout début de l’histoire de l’Univers, quelque 0,0000000001 seconde après le Big Bang.

Science-fiction? "Certainement pas", indique le Pr Füzfa. "Si l’existence des trous noirs primordiaux reste à démontrer, les outils pour capter les ondes gravitationnelles qui résultent de leurs fusions sont eux bien disponibles". Et c’est ici que ses travaux sur les champs magnétiques intenses interviennent. Pour détecter les ondes gravitationnelles résultant de la fusion de trous noirs massifs, les détecteurs LIGO ou VIRGO, ou demain le fameux Einstein Télescope, font parfaitement l’affaire. Ce sont des détecteurs optiques et mécaniques interférométriques de très grandes dimensions (3 kilomètres) parfaitement adaptés à la fréquence des ondes gravitationnelles résultant de ces événements.

"Si l’existence des trous noirs primordiaux reste à démontrer, les outils pour capter les ondes gravitationnelles qui résultent de leurs fusions sont eux bien disponibles."
André Füzfa
Astrophysicien

Pour détecter les ondes gravitationnelles provenant de très petits trous noirs, tels les trous noirs primordiaux, un dispositif adapté doit être conçu. C’est sur ce type de dispositif que portent les deux brevets déposés par l’UNamur.

Nouvelle technologie

Pour observer la signature de la fusion de trous noirs plus petits, il faut disposer de détecteurs d’une autre technologie (électromagnétiques) qui sont sensibles à de très hautes fréquences. "C’est ce que nous proposons, en utilisant une 'antenne' à ondes gravitationnelles, composée d’une cavité métallique spécifique et adéquatement plongée dans un puissant champ magnétique extérieur. Lorsque l’onde gravitationnelle passe à travers le champ magnétique, elle génère des ondes électromagnétiques dans la cavité.  En quelque sorte, l’onde gravitationnelle fait résonner la cavité avec des micro-ondes. Un dispositif bien plus compact que les détecteurs VIRGO et LIGO. Un détecteur qui fait entre 3 et 10 mètres à peine."

"Notre proposition de détecteur combine des technologies bien maîtrisées et présentes dans la vie de tous les jours comme les magnétrons des fours à micro-ondes, les aimants d’IRM et les antennes radios", précise le chercheur.

"La prochaine étape pourrait être l’élaboration d’un prototype, sans doute en collaboration avec différentes équipes internationales."
André Füzfa
Astrophysicien

Origine de l'Univers

Cette technique brevetée par l’UNamur est pour l’instant au stade de la modélisation théorique avancée. "La prochaine étape pourrait être l’élaboration d’un prototype", dit le Pr Füzfa. "Sans doute en collaboration avec différentes équipes internationales." 

Cette technique ouvre la voie à des recherches fondamentales sur l’origine de notre Univers. "Ce type de détecteur pourrait observer directement les ondes gravitationnelles émises au moment du Big-Bang, et ainsi sonder la Physique à des énergies bien plus élevées que celle qui peut être atteinte dans les accélérateurs de particules", estiment les scientifiques. Ou, bien sûr, détecter des trous noirs primordiaux. Ce type d’objet pourrait se former très tôt dans l’histoire de l’Univers et aurait pu survivre jusqu’à aujourd’hui, voire constituer une partie de l’énigmatique matière noire…

Le résumé

  • Des chercheurs proposent de traquer la signature de trous noirs primordiaux qui ont fusionné au tout début de l’histoire de l’Univers.
  • Selon des chercheurs, "si l’existence des trous noirs primordiaux reste à démontrer, les outils pour capter les ondes gravitationnelles qui résultent de leurs fusions sont eux bien disponibles".
  • L'UNamur a déposé deux brevets pour ce dispositif capable de capter ces ondes.

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