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Des « étoiles sombres invisibles » pourraient se cacher au cœur de la Voie lactée

Une découverte intrigante

Voie Lactee
— © NASA/JPL-Caltech

Les galaxies, ces immenses ensembles de matière, sont dominées par des forces invisibles que les scientifiques cherchent à comprendre. Parmi les phénomènes les plus intrigants, la présence de matière noire, cette substance qui ne peut être observée directement, occupe une place centrale. Pourtant, une nouvelle théorie suggère que la matière noire pourrait se manifester sous la forme d’étoiles géantes, invisibles et composées de particules particulièrement légères. Ces « étoiles noires » pourraient constituer le noyau des galaxies, dont la Voie lactée, sans pour autant produire les densités extrêmes qu’on leur attribue traditionnellement. 

Une nouvelle hypothèse pour expliquer la matière noire

Pendant des décennies, les astronomes ont observé que la majeure partie de la masse des galaxies ne correspondait à aucune matière visible, mais se composait de « matière noire ». Bien que cette matière n’interagisse pas directement avec la lumière, on a longtemps supposé qu’elle était constituée de particules massives et peu interactives. Toutefois, cette théorie peine à expliquer la faible densité des noyaux galactiques, car les simulations suggèrent que la matière noire devrait facilement se regrouper pour former des densités extrêmement élevées, ce qui ne correspond pas aux observations.

Ce paradoxe a conduit à une nouvelle hypothèse : et si la matière noire n’était pas si massive, mais plutôt constituée de particules extrêmement légères, bien plus légères que le neutrino, la particule la plus légère connue à ce jour ?  Appelées « matière noire floue », ces particules hypothétiques sont si légères que leur caractère d’onde quantique se manifeste à une échelle beaucoup plus large, pouvant affecter des structures de grande taille, voire galactiques. 

Cela permettrait la formation d’« étoiles noires », des amas géants de matière invisible. Ces amas pourraient s’étendre sur des milliers d’années-lumière tout en restant relativement peu massifs, grâce à la légèreté de leurs particules. Elles pourraient ainsi constituer le cœur des galaxies, en fournissant une grande partie de leur masse sans pour autant engendrer des densités trop élevées au centre.

La dynamique de la matière noire floue

Cependant, les galaxies ne sont pas seulement composées de matière noire, qu’elle soit floue ou non. Elles contiennent aussi de la matière ordinaire, telle que des nuages de gaz diffus et des étoiles, des éléments que les astronomes peuvent observer directement. Pour tester cette hypothèse, il est essentiel de comprendre comment la matière noire floue interagit avec la matière ordinaire dans une galaxie.

Pour étudier cette théorie, une équipe internationale d’astrophysiciens a mis au point un modèle simplifié permettant d’observer l’évolution des galaxies contenant une forte proportion de matière noire floue, dans une étude publiée sur le serveur arXiv. Ce modèle ne prenait en compte qu’un pourcentage élevé de matière noire floue et une quantité plus réduite de gaz simple et idéal. L’objectif était de comprendre comment ces éléments interagiraient sous l’effet de la gravité.

Les résultats ont montré que, bien que le comportement initial soit aléatoire, la matière noire floue se rassemble rapidement en un amas central, entouré de nuages de matière noire plus dispersée. Le gaz a suivi ce mouvement, se mélangeant à la matière noire floue au centre et créant ce que les chercheurs ont appelé une « étoile fermion-boson », du nom des deux types de matière qui se sont combinés pour former cet objet central. 

De nouveaux modèles pour affiner notre compréhension des noyaux galactiques

Contrairement aux étoiles classiques, cette étoile serait gigantesque, atteignant jusqu’à 10 000 années-lumière de diamètre, et presque entièrement invisible, sauf pour la faible lumière émise par le gaz en son centre. 

Cependant, les chercheurs ont précisé qu’il s’agissait là d’une représentation idéale d’un noyau galactique, avec des densités relativement élevées, mais pas excessivement fortes, de matière ordinaire. Cela confirme une des prédictions du modèle de la matière noire floue.

Les chercheurs prévoient désormais de développer des simulations plus complexes afin d’explorer plus en détail à quoi pourraient ressembler ces « étoiles ». L’objectif est de confronter ces simulations aux observations réelles pour affiner notre compréhension du rôle de la matière noire dans l’architecture des galaxies. Par ailleurs, la collision entre notre galaxie et Andromède pourrait avoir déjà commencé.

Par Eric Rafidiarimanana, le

Source: Live Science

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