En 2023, le détecteur de neutrinos KM3NeT a enregistré un signal incroyablement puissant — des dizaines de milliers de fois plus énergique que tout ce que les meilleurs accélérateurs de particules humains peuvent produire. Depuis lors, les scientifiques ont cherché à en identifier l’origine, explorant des explications parfois audacieuses — et pour certaines, presque folles.
Mais une nouvelle théorie pourrait bien remporter haut la main le titre de la plus étrange. Certains chercheurs soutiennent désormais que, tout simplement, le signal provenait d’un ancien trou noir constitué de cordes cosmiques, dissimulé dans une cinquième dimension. Donc, en réalité, pas très simple — mais selon un article publié récemment dans Physical Review D, les lois de la gravité quantique “impérativement” conduisent à des trous noirs primordiaux en cinq dimensions, ou des trous noirs ultra-denses et hypothétiques issus de l’aube cosmique. Pour être clair, l’étude s’est concentrée sur la possibilité que des trous noirs primordiaux émergent de ce cadre fondé sur les cordes.
Cependant, si cette interprétation venait à être validée, elle expliquerait très bien ce que nous n’avons pas encore compris au sujet du signal de 2023. Par exemple, ce neutrino — une particule minuscule et neutre — n’était accompagné d’aucun autre photon, ce qui explique pourquoi des détecteurs aussi performants que KM3NeT ne l’ont jamais capté, expliquait l’équipe, qui comprend Dieter Lüst, physicien à l’Institut Max-Planck pour la Physique en Allemagne.
Le lanceur cosmique
Les neutrinos sont parfois décrits comme « fantomaux » parce qu’ils interagissent rarement avec la matière, ce qui les rend difficiles à détecter et à étudier malgré leur abondance considérable. Bien que de nombreux aspects du neutrino — y compris des éléments aussi simples que sa masse — restent indéfinis, les astrophysiciens ont découvert qu’ils sont extrêmement utiles pour étudier les phénomènes cosmiques. Plus précisément, les niveaux d’énergie d’un neutrino éclairent les scientifiques sur l’identité et les caractéristiques de celui qui l’a projeté sur Terre.
Cependant, il n’est pas toujours facile d’identifier le « lanceur » cosmique d’un neutrino, pour ainsi dire. Cela correspondait exactement au signal KM3NeT de 2023. Cette particule minuscule a frappé la Terre avec une énergie environ 30 000 fois supérieure à ce que le Grand Collisionneur de LHC peut produire. Depuis lors, les scientifiques ont tenté de trouver un candidat qui corresponde convenablement à l’origine du signal. Certaines explications étaient plus courantes, comme les blazars, tandis que d’autres s’aventuraient dans des territoires plus théoriques (et peut-être étranges), comme l’explosion de trous noirs primordiaux fuyant des électrons sombres.
Entrez dans la dimension sombre
Sauf si vous êtes théoricien des cordes, les dernières recherches tombent définitivement dans la seconde catégorie. Comme l’expliquait auparavant le physicien de Harvard Cumrun Vafa à Gizmodo, la dimension « sombre » est une dimension supplémentaire hypothétique dans la théorie des cordes. Selon l’article, seule la gravité règnerait sur cette cinquième dimension, qui peut être aussi minuscule qu’un millième de millimètre et émanerait comme une conséquence de l’expansion de l’univers.
L’idée est que les trous noirs primordiaux proviennent de l’effondrement de cordes cosmiques dans cette dimension hypothétique — contrairement à l’interprétation plus populaire selon laquelle ils se seraient formés par une inflation rapide au cours de l’aube cosmique. Comme l’a admis l’équipe dans l’article, dévier de ce récit peut sembler « exotique », mais l’étude de la gravité quantique remet continuellement en question ce que signifie « naturel » dans les théories gravitationnelles. Au moins, des analyses antérieures avaient suggéré que le mécanisme d’inflation est « en tension » avec les attentes de la gravité quantique, écrivent les chercheurs.
Mesures extrêmes
Il convient donc d’envisager des scénarios alternatifs — comme la dimension sombre, qui, écrivent les chercheurs, « explique naturellement l’absence d’un photon à haute énergie associé » au signal neutrino de 2023. Au crépuscule cosmique, les cordes — vues ici comme de fines fissures dans l’espace-temps — se seraient réunies en « boucles » qui s’effondreraient en trous noirs relativement petits.
Selon les calculs de l’équipe, le taux d’évaporation de tels objets serait « comparable » à l’âge de l’univers. En conséquence, ces trous noirs antiques pourraient avoir laissé échapper des neutrinos vers la partie observable de l’univers, ajoutent les chercheurs.
Le verdict n’est pas encore rendu
Des experts ont exprimé des réserves concernant ce nouvel essai auprès de Scientific American, compte tenu de son caractère fortement théorique. Toutefois, les physiciens qui avaient aussi attribué le signal de 2023 à des trous noirs primordiaux se sont montrés plus bienveillants. Par exemple, Andrea Thamm, de l’Université du Massachusetts, a déclaré que cela offrait « de très belles explications pour plusieurs choses dont nous avons des preuves », tandis que David Kaiser, du MIT, a noté que cela « semble encore magnifiquement cohérent ».
« Ce qui ne veut pas dire que c’est vrai », a ajouté Kaiser. « Mais cela utilise des éléments vraiment classiques, plus typiques, qui sont tissés dans de nombreuses parties de notre compréhension de la physique des trous noirs. »
Encore une fois, ce n’est pas comme si les scientifiques avaient démontré au-delà de tout doute raisonnable que le signal provenait de sources astrophysiques plus faciles à expliquer. Pas encore. Pour l’instant, beaucoup de choses pourraient être vraies — et nous savons que l’univers adore les surprises.
