Le trou noir au centre de la Voie lactée pourrait en fait être une boule de matière noire

Comme la plupart des galaxies, la Voie lactée est censée abriter un trou noir supermassif en son centre – mais son cœur sombre est peut-être fait d’une autre matière. Selon une nouvelle étude, il pourrait s’agir d’un noyau dense de matière noire, composé de particules hypothétiques appelées « darkinos ».

Des observations surprenantes

La Voie lactée est maintenue en place par une énorme masse en son centre, équivalente à environ 4 millions de soleils. Connu sous le nom de Sagittarius A* (Sgr A*), cet objet massif ne peut être vu directement, mais son existence peut être déduite du mouvement des étoiles qui l’entourent. Si un trou noir supermassif est le candidat le plus logique, ce n’est peut-être pas la seule explication.

Les premiers doutes sont apparus il y a sept ans. Un nuage de gaz nommé G2 a été découvert en orbite autour de Sgr A* et devait passer dangereusement près de l’objet début 2014. Les astronomes l’ont observé avec intérêt : si Sgr A* était effectivement un trou noir supermassif, G2 aurait dû être déchiqueté sous leurs yeux.

Toutefois, le nuage de gaz a étonnamment survécu au passage de l’objet sans problème. Ce qui a conduit certains scientifiques à penser qu’il ne s’agissait peut-être pas d’un nuage de gaz, mais d’une étoile poussiéreuse « gonflée », possédant une gravité suffisante pour conserver sa forme. Mais il se trouve que la nouvelle étude, parue dans revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society : Letters, remet en question non pas la nature de G2, mais celle de Sgr A* lui-même.

Les scientifiques du Centre international d’astrophysique relativiste (ICRA) en Italie ont ici simulé ce qui se passerait s’ils remplaçaient le trou noir supermassif par un amas de matière noire. On pense que cette substance mystérieuse est déjà concentrée au centre de la galaxie et qu’elle maintient cette dernière grâce à sa gravité.

Un amas de darkinos au cœur de la Voie lactée

L’équipe de l’ICRA a constaté que si la matière noire possédait certaines propriétés, elle pourrait rendre compte avec précision d’une série d’observations, dans certains cas mieux que le modèle du trou noir. Cette matière noire serait constituée de darkinos, des particules neutres ultralégères appartenant à un groupe appelé fermions. Ces darkinos s’agglutineraient au centre de la galaxie et se répandraient en un nuage plus diffus, plus dispersé.

Une caractéristique clé des fermions est qu’un seul d’entre eux peut occuper un état quantique particulier à la fois dans un espace donné, ce qui limite la densité de leur regroupement. Ainsi, le cœur de cette boule constitue un environnement bien moins extrême qu’un trou noir supermassif, qui pourrait être traversé sans encombre par G2.

Mais ce n’est pas la seule observation à laquelle le modèle correspond. L’équipe a découvert que si les darkinos avaient une masse d’environ 56 keV, la simulation prédisait avec précision les mouvements d’un amas d’astres proches appelées étoiles S, ainsi que la courbe de rotation du halo externe de la Voie lactée.

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Davantage de données nécessaires

Aussi intrigante que soit l’hypothèse du darkino, l’affaire est loin d’être résolue. L’idée d’un trou noir supermassif reste la plus probable, car elle explique de manière relativement simple des phénomènes physiques bien observés, sachant que nous voyons des trous noirs au centre de la plupart des autres galaxies.

Néanmoins, il convient de garder l’esprit ouvert et l’équipe indique que d’autres données pourraient permettre d’appuyer ou d’infirmer cette hypothèse.

Par Yann Contegat, le 8 juin 2021