Étoiles sombres : les étoiles aussi brillantes que les galaxies

Le mystère du trou noir

Depuis plus d'une décennie, les gens réfléchissent à la création de trous noirs supermassifs, des trous noirs si grands qu'ils n'auraient pas pu être créés, et pourtant ils se trouvent au centre de la plupart des galaxies, y compris la nôtre. Mais au cours de la dernière décennie, un nouvel éclairage a été jeté sur ces géantes et sur la possible théorie d'une étoile de la taille d'une galaxie, alimentée par de la matière noire, et il est même possible que nous ayons vu ces étoiles nous-mêmes !

La formation des étoiles noires

Les étoiles se forment lorsqu'un nuage de poussière et de gaz s'effondre en raison de la gravité, qui fusionne des éléments ensemble, tels que l'hydrogène en hélium, et l'hélium en oxygène lorsque l'hydrogène s'épuise. Cela s'oppose à la gravité, créant un équilibre entre la fusion nucléaire et la gravité et créant la plupart des éléments de l'univers. Cependant, lorsque l'étoile commence à essayer de fusionner le fer, le fer est si lourd qu'il ne peut pas le faire et il implose. À partir de là, trois choses peuvent se produire :

1. La première : pour une étoile plus légère ou plus petite comme notre soleil, lorsque la gravité atteint le noyau, l'étoile entière se dilatera vers l'extérieur en explosion, fusionnant tous les éléments les plus lourds trouvés dans l'univers et les dispersant, créant une supernova et laissant une naine blanche au centre.
2. La deuxième option, pour une très grande étoile, consiste à laisser une étoile à neutrons au centre de la supernova au lieu de une naine blanche, qui est une étoile extrêmement dense qui a deux « pulsars » à chaque extrémité qui sont constitués de flux de plasma.
3. La dernière option, si l'étoile est exceptionnellement lourde, est de créer un trou noir, qui est si dense que même la lumière ne peut pas s'échapper, et tout ce qui dépasse son horizon des événements est aspiré.

Mais aucune étoile n'est assez grande pour créer un trou noir supermassif, comme celui au centre du laiteux. façon (pas le chocolat) et d'autres galaxies spirales.

C'est pourquoi Katherine Freese a eu l'idée d'une étoile de matière noire qui serait si grande qu'elle serait capable de créer un trou noir supermassif.

La matière noire est la matière mystérieuse qui constitue la majeure partie de la matière dans l'univers, qui agit comme son échafaudage, maintenant ensemble de grandes structures comme les galaxies et les amas de galaxies. Les physiciens pensent qu'elle est composée d'articles Massistifs à interaction faible, ou WIMPs en abrégé, et que la matière noire produit de grandes quantités d'énergie lorsqu'elles entrent en collision.

Au début de l'univers, peu de temps (en termes cosmologiques) après le grand bang, il n’y avait pas de grandes structures telles que des étoiles et des galaxies, juste des particules dispersées à travers l’univers. La matière noire, cependant, se déplace plus lentement, ce qui lui permet de se rassembler plus facilement, créant d'énormes structures de « halos » de matière noire, qui attireraient également la matière normale, ce qui a ensuite créé des étoiles et des galaxies. Si certains de ces halos étaient suffisamment denses, l'énergie thermique produite par les WIMP serait si forte qu'elle pousserait contre la gravité comme le ferait la fusion nucléaire, empêchant la pré-étoile de se former et la faisant s'étendre jusqu'à la taille de l'orbite de Saturne autour du soleil, et la transformant en une masse « gonflée » d'hydrogène et d'hélium semblable à un nuage.

Maintenant, cela peut sembler petit, étant donné que de nombreuses galaxies sont jonchées de supergéantes rouges de cette taille, mais l’étoile noire est des millions de fois plus massive qu’eux, ce qui la rend beaucoup plus extrême. Ces étoiles sombres n'auraient besoin que de contenir 0,1 % de matière noire, et pourtant elles auraient quand même des milliards d'annihilations chaque seconde, ce qui rendrait l'étoile plus brillante que des galaxies entières, certainement pas à la hauteur de son nom.

À un moment donné, bien sûr, cette étoile serait à court de matière noire à annihiler, devenant une étoile énorme et brillante alimentée par la fusion nucléaire, ce qu'elle continuerait à faire jusqu'à ce qu'elle inévitablement effondré dans un trou noir. Mais ce n’est pas un trou noir normal. Il s'agit d'un trou noir supermassif que l'on trouve habituellement au centre de la plupart des galaxies, même la nôtre, un milliard de fois plus lourd qu'un trou noir ordinaire, devenant ainsi la solution au grand mystère poursuivi depuis plus d'une décennie par les physiciens sur comment les trous noirs supermassifs ont été créés. Il est cependant important de se rappeler qu'il s'agit encore d'une théorie et qu'elle n'a pas encore de preuves définitives.

L'histoire des étoiles noires

Mais comment l'idée des étoiles noires a-t-elle été créée, et par qui ?

La chronologie :

1. L'idée a été présentée pour la première fois en 2007 par un L'astrophysicienne théoricienne Katherine Freese de l'Université du Texas a présenté l'idée d'une étoile noire alimentée par la matière noire au lieu de la fusion lors d'une conférence, mais cela ne s'est pas bien passé, certains les qualifiant de « cinglés ». lorsque trois galaxies ont été découvertes par le télescope James Webb SSpace T (ou le JWST en abrégé) qui ont dû se former beaucoup plus tôt que prévu.

Les trois points rouges

En juillet 2023, le JWST a trouvé trois points rouges des taches dans le ciel, qui sont très probablement de petites galaxies. Pour comprendre pourquoi cela est étrange, nous devons expliquer brièvement le fonctionnement des télescopes. Fondamentalement, plus nous regardons loin dans l’espace, plus nous le voyons tôt, car il peut se trouver à des milliards d’années-lumière, ce qui signifie que la lumière met des milliards d’années pour nous atteindre. Les trois taches trouvées par le télescope semblaient être des galaxies existant seulement 320 millions d'années après le big bang, bien plus tôt que prévu. Cette confusion a amené Freese à penser qu'ils pourraient peut-être enfin constituer une étape vers une preuve définitive de l'existence d'étoiles sombres, puisqu'ils correspondent aux émissions de lumière estimées attendues d'une telle étoile. Plus tard dans la recherche, il a également été découvert que de l'hélium II a été détecté sous forme ionisée, ce qui correspond aux prédictions concernant une étoile noire.

Il est encore possible qu'il s'agisse d'une petite galaxie, et de nombreux astronomes le pensent. Grâce à l'étrangeté de la théorie de l'étoile noire, elle a parcouru un long chemin depuis la théorie ridicule à laquelle personne ne croyait, alors que la recherche se poursuit pour trouver le dernier élément de preuve. existent.

"Toutes les vérités sont faciles à comprendre une fois découvertes ; le but est de les découvrir" - Galileo Galilei

Aucune IA utilisée dans la rédaction de cet article.

Pour plus d'informations sur matière noire, veuillez visiter mon article sur le Dark Big Bang.

Source principale : https://www.newscientist.