Dark Stars : les premières étoiles de l’univers auraient pu être alimentées par l’annihilation de la matière noire

La matière noire ne fait pas vraiment grand-chose dans l’univers actuel. Mais dans les premiers jours du cosmos, il y avait peut-être des poches de matière noire avec une densité suffisamment élevée pour fournir une source de chaleur aux étoiles nouvellement formées. Bienvenue dans le monde étrange et merveilleux des « étoiles noires ».

Une danse de la matière noire

Les modèles les plus simples de matière noire sont incroyablement ennuyeux. Il est juste… assis là, gravitant. Nous ne connaissons son existence que par son influence gravitationnelle subtile sur les galaxies et les structures plus grandes de l’univers. Il n’interagit pas avec la lumière, avec la matière ordinaire, ni même avec lui-même. En ce moment même, vous pourriez nager dans une vaste mer de particules de matière noire, et vous ne le sauriez même pas.

Mais cette image simpliste de la matière noire a quelques problèmes. Lorsque les astrophysiciens effectuent des simulations informatiques de la formation de galaxies comprenant de la matière noire, ils constatent que si les particules de matière noire sont trop ennuyeuses, cela ne correspond pas tout à fait à la réalité. Les noyaux des galaxies deviennent beaucoup plus denses que ce que nous observons, et les galaxies typiques ont beaucoup trop de satellites que nous ne voyons.

Supprimer toutes les annonces sur l’univers aujourd’hui

Rejoignez notre Patreon pour aussi peu que 3 $ !

Obtenez l’expérience sans publicité pour la vie

Alors peut-être que la matière noire est juste un peu compliquée. Peut-être qu’il n’interagit toujours pas avec la lumière ou avec la matière ordinaire, mais peut-être qu’il interagit parfois avec lui-même. Cette auto-interaction ne peut cependant pas être trop forte, sinon la matière noire se serait agglomérée en minuscules petites boules ou se serait simplement anéantie il y a longtemps.

Cette hypothèse “interagir mais pas beaucoup” rend difficile pour les astronomes de trouver des moyens de tester le scénario. Heureusement, les astronomes sont des gens très intelligents.

Les jeunes et les ténèbres

L’univers extrêmement primitif, alors qu’il n’avait que quelques centaines de millions d’années, était très différent de ce qu’il est aujourd’hui. D’une part, c’était beaucoup plus dense, avec tout le matériel du cosmos entassé dans un volume beaucoup plus petit. Deuxièmement, il faisait beaucoup plus sombre, car les étoiles et les galaxies ne s’étaient pas encore formées.

À l’époque, l’univers était composé de matière noire (quelle qu’elle soit) et d’hydrogène neutre et d’hélium. Lentement, au cours des éternités, tout ce matériau a commencé à s’effondrer gravitationnellement, formant des structures de plus en plus grandes. Les premières protoétoiles ont commencé comme des amas denses ne dépassant pas un millième de la taille du Soleil. Dans l’image traditionnelle de la formation des premières étoiles, ces amas se sont progressivement transformés en mastodontes cent fois plus gros que le Soleil, alimentés par la fusion nucléaire dans leurs noyaux.

la première "étoiles noires" peut avoir été alimenté par de la matière noire.
Les premières étoiles étaient constituées uniquement d’hydrogène et d’hélium. Crédit : Équipe scientifique NASA/WMAP

Mais une équipe d’astrophysiciens a réalisé que l’histoire traditionnelle pourrait être différente, comme ils l’ont rapporté dans un nouvel article récemment paru dans la revue préimprimée arXiv. Si la matière noire interagit avec elle-même, alors lorsque les particules de matière noire entrent en collision, elles libèrent un peu d’énergie. Chaque collision ne produit pas grand-chose, mais dans les premiers jours de l’univers, les sites de formation d’étoiles avaient peut-être des densités suffisamment élevées pour que l’annihilation de la matière noire soit un acteur majeur.

Dans ce scénario, les premières étoiles ne sont pas alimentées par la fusion nucléaire, mais plutôt par l’annihilation de la matière noire dans leur noyau. L’équipe de recherche les appelle «étoiles noires», même si les étoiles elles-mêmes sont encore constituées de matière essentiellement normale. Ces étoiles n’existent pas dans l’univers moderne, car les densités de matière noire sont trop faibles, nous ne pouvons donc pas les voir dans la galaxie aujourd’hui.

Mais les chercheurs espèrent que le télescope spatial James Webb, spécialement conçu pour étudier l’univers primitif et la formation des premières étoiles, pourra voir directement ces étoiles noires.

Leave a Comment