A la lumière des trous noirs primordiaux
Résumé
Primordial black holes are an exceptional proble to search for new physics, between general relativity, quantum mechanics, particle physics and cosmology. I draw some perspectives for studying those fascinating astrophysical objects. First, by using the cosmic-rays that should be emitted by the Hawking evaporation process. Links between the limits obtained and inflation models are proposed to obtain a very constraining upper bound on the power on small scales of the very early Universe. This region is totally out of what can be probed by the CMB and the LSS. The endpoint of the evaporation is studied in string gravity and primordial black holes are considered as a candidate for cold dark matter in the framework of broken scale invariance models. Finally, in scenarii with a low Planck scale (with large extra dimensions) the production of black holes with colliders is considered. I show that quantum gravity effects (Gauss-Bonnet coupling) could be exhibited by the LHC. Some perspectives related with the cosmological constant and with extremely high energy cosmic-rays are drawn.
Les trous noirs primordiaux sont une sonde exceptionnelle pour rechercher des effets de nouvelle physique, à l'intersection de la relativité générale, de la mécanique quantique, de la physique des particules et de la cosmologie. Ce mémoire présente quelques pistes d'études relatives à ces objets astrophysiques fascinants. D'abord, autour de leur recherche via l'étude des rayons cosmiques qui seraient émis par évaporation de Hawking. Des liens entre les limites obtenues et les modèles d'inflation sont ensuite proposés afin d'obtenir une borne supérieure très contraignante - et totalement inaccessible aux observables usuelles que sont le fond diffus et les grandes structures - sur la puissance aux petites échelles dans l'Univers primordial. La fin de l'évaporation des trous noirs est etudiée en gravité de corde et leur statut de candidat à la matière noire froide revisité dans le cadre des modèles à brisure d'invariance d'échelle. Enfin, dans le cadre des modèles à basse échelle de Planck (c'est-à-dire présentant de larges dimensions supplémentaires), la formation de trous noirs auprès des collisionneurs est envisagée. Nous montrons que des effets de gravité quantique (couplage de Gauss-Bonnet) pourraient être sondés au LHC. Quelques voies d'investigations futures, liées à la présence d'une constante cosmologique ou au rayonnement cosmique d'énergie extrême sont esquissées.