Une nouvelle étude menée par l'Université de Portsmouth au Royaume-Uni propose que le Big Bang ne soit pas le début absolu de l'histoire de l'univers. Certains trous noirs se sont peut-être formés bien avant la naissance de l’univers tel que nous le connaissons et ont survécu à un événement de « rebond cosmique ». L'équipe de recherche appelle ces objets hypothétiques des « fossiles cosmiques » et estime qu'ils pourraient encore être dispersés dans tout l'univers et qu'ils devraient aider à résoudre la matière noire, l'un des mystères les plus profonds de l'astronomie contemporaine.
La cosmologie traditionnelle estime qu'il y a environ 13,8 milliards d'années, l'univers a explosé à partir d'un état initial extrêmement chaud et dense, appelé « Big Bang », et a ensuite progressivement formé des galaxies et des structures à grande échelle. Ce modèle standard a été extrêmement efficace pour expliquer le rayonnement cosmique de fond micro-ondes et la distribution des galaxies à grande échelle, mais il laisse encore de nombreux mystères non résolus, tels que : pourquoi le big bang s'est produit, pourquoi l'univers était dans un état si « spécial » en premier lieu, quel était le mécanisme physique qui a conduit à l'inflation précoce et la véritable identité de la matière noire et de l'énergie noire.
L'auteur principal de la nouvelle étude, le professeur Enrique Gaztañaga de l'Institut de cosmologie et de gravitation de l'Université de Portsmouth et de l'Institut des sciences spatiales de Barcelone, en Espagne, a souligné que ces travaux explorent la possibilité de relier plusieurs problèmes difficiles en même temps. Dans cette image, l'univers n'est pas né d'une seule « explosion » de singularité, mais a connu un « rebond cosmique » de la contraction à l'expansion, et dans le processus a produit un effet d'expansion rapide similaire à l'inflation. Certaines des structures cosmiques les plus anciennes peuvent avoir existé avant le rebond et avoir traversé la phase de rebond en tant que « reliques », conservant des informations d'époques cosmiques antérieures.
Dans le cadre de la théorie de la relativité générale d'Einstein, le Big Bang traditionnel est généralement associé à une « singularité » : dans cet état idéalisé, la densité de la matière s'approche de l'infini et les lois physiques existantes échouent. De nombreux physiciens théoriciens considèrent les singularités comme un signe que les théories actuelles ont atteint leurs limites applicables, plutôt que comme le véritable point de départ métaphysique de l'univers. En revanche, la « cosmologie du rebond » imagine que l'univers a commencé comme un énorme nuage de matière, a d'abord connu une lente contraction, puis s'est inversé lorsque la densité a atteint un état extrêmement élevé mais toujours fini, passant ainsi de la contraction à l'expansion et évitant une singularité mathématique infinie.
L’équipe de recherche estime que ce rebond cosmique peut être produit par les effets naturels de la physique quantique. Lorsque la densité de la matière est extrêmement élevée, les effets quantiques produisent un effet de pression qui empêche la matière d'être compressée à des tailles infinitésimales. Ce mécanisme a des précédents dans les objets denses tels que les naines blanches et les étoiles à neutrons. Dans le nouveau modèle, ce type de pression quantique est étendu à l’échelle de l’univers entier : à mesure que l’univers se contracte dans son ensemble, les effets quantiques empêcheront un nouvel effondrement à une certaine densité critique et déclencheront un nouveau cycle d’expansion, tout en reproduisant une phase d’expansion rapide similaire à une inflation précoce.
Ce mécanisme pourrait non seulement fournir une explication naturelle à l’inflation, mais pourrait également être lié à l’expansion accélérée de l’univers observée aujourd’hui – souvent attribuée à « l’énergie noire ». L'étude propose que les effets quantiques et les structures denses produites lors des premières contractions et rebonds puissent se manifester sous forme de gravité supplémentaire ou de « composants énergétiques efficaces » à grande échelle, affectant ainsi l'évolution ultérieure de l'univers.
Dans ce récit de l’histoire cosmique, les trous noirs jouent un rôle clé. Les recherches soulignent que certains trous noirs peuvent s'être formés lorsque l'univers était encore en phase de contraction et sont restés intacts pendant le processus de rebond, se dirigeant vers l'univers en expansion dans lequel nous vivons aujourd'hui. Une autre partie des trous noirs pourrait s'être formée peu de temps après le rebond : des fluctuations de densité anormalement importantes dans l'univers primitif auraient formé des régions de haute densité, facilitant l'effondrement de la matière sous l'influence de la gravité, créant ainsi des trous noirs et d'autres grandes structures cosmiques.
Selon les calculs de l'équipe de recherche, s'il existe des corps célestes compacts, suffisamment denses et d'une taille supérieure à environ 90 mètres, ils auront la capacité de survivre au processus de rebond et d'apparaître comme des « reliques » dans le nouveau cycle d'expansion de l'univers. Ces reliques potentielles comprennent des perturbations de densité, des objets compacts et d’anciens trous noirs. Les trous noirs sont particulièrement préoccupants car ils enregistrent non seulement des informations physiques sur les environnements gravitationnels extrêmes, mais peuvent également avoir un impact à long terme sur la formation et l'évolution des galaxies ultérieures.
Notamment, il pourrait y avoir un lien direct entre ces anciens trous noirs survivants et la matière noire. Si un nombre suffisant de trous noirs se formaient et étaient préservés pendant la phase de rebond de l'univers, ils devraient constituer une grande partie de la matière noire de l'univers, et pourraient même devenir la source entière de la matière noire. Cela ouvre une voie d’interprétation différente de la nouvelle hypothèse de particules pour le problème de la matière noire qui trouble depuis longtemps la communauté astronomique.
Le modèle peut également fournir des indices sur certaines anomalies dans les observations astronomiques récentes. Par exemple, les astronomes ont découvert un groupe d'objets mystérieux appelés « petits points rouges » dans l'univers primitif. Ils semblent être liés aux trous noirs supermassifs qui se sont développés rapidement dans l’univers primitif et sont en tension avec la chronologie traditionnelle de la formation des structures. De nouvelles recherches soulignent que si certains trous noirs massifs "préexistaient" après le rebond de l'univers, alors l'univers n'avait pas besoin de repartir de zéro lors de la construction des premières galaxies, ce qui aide à expliquer pourquoi des objets et des structures denses "à maturité inattendue" sont apparus très tôt dans l'histoire de l'univers.
Afin de tester ce cadre théorique du rebond cosmique et des restes anciens de trous noirs, l’équipe de recherche a proposé diverses approches d’observation potentielles. La première consiste à rechercher des « ondes gravitationnelles reliques » provenant d’époques cosmiques antérieures. Ces ondulations dans l’espace-temps, produites par un effondrement et un rebond à grande échelle, pourraient encore aujourd’hui présenter des caractéristiques spectrales spécifiques. La seconde consiste à rechercher des empreintes subtiles dans le rayonnement de fond cosmique des micro-ondes, en détectant les signaux résiduels pouvant provenir de conditions antérieures au Big Bang.
Le professeur Gastaniaga a souligné que cette théorie est encore en phase de développement et que beaucoup de travail est nécessaire pour affiner le modèle et le comparer avec les données d'observation précises accumulées. Cependant, si l’univers subissait effectivement un rebond, alors les composants « sombres » qui façonnent aujourd’hui les galaxies et les structures à grande échelle – y compris les manifestations possibles de la matière noire et même de l’énergie noire – seraient probablement des structures profondes laissées par une époque cosmique antérieure au Big Bang.
L'étude, intitulée « Cosmic Rebound Relics: Black Holes, Gravitational Waves and Dark Matter », a été publiée le 24 février 2026, favorisant ainsi les discussions de pointe sur l'origine de l'univers, la nature de la matière noire et les effets quantiques dans des environnements gravitationnels extrêmes.