Le deuxième objet le plus éloigné jamais repéré par le télescope James Webb pourrait être une « étoile noire » alimentée par la matière noire plutôt que par la fusion nucléaire.
En examinant les longueurs d’onde de la lumière captées par le télescope spatial James Webb (JWST), les chercheurs ont identifié quatre étoiles noires candidates, dont une apparemment possédant une signature d’absorption d’hélium « fumante », ont rapporté les chercheurs dans une étude publiée le 30 septembre dans la revue. PNAS.
Première hypothèse en 2007, étoiles sombres On pense qu’elles font partie des premières étoiles – appelées étoiles de la Population III – à se former après le Big Bang. Selon la théorie, ils sont produits lors de l’effondrement de l’hydrogène et de l’hélium, qui à eux seuls formeraient un trou noir, se mélangent à la matière noire. On pense que les étoiles sombres sont extraordinairement massives et brillantes, atteignant un million de fois la masse de le soleil et brûlant un milliard de fois plus fort.
« Notre nom initial « étoile noire » est un terme inapproprié », co-auteur de l’étude Katherine Freeseprofesseur de physique à l’Université du Texas à Austin qui a proposé l’hypothèse de l’étoile noire, a déclaré à Live Science. « Ils ne sont ni (entièrement) constitués de matière noire, ni sombres. »
La découverte d’étoiles sombres pourrait expliquer certains des objets très déroutants que JWST a repérés dans l’univers primitif, comme le des trous noirs supermassifs géants qui se sont formés incroyablement rapidementa déclaré Freese. Cela permettrait également de mieux comprendre la nature de la matière noire. « C’est une enquête, pas seulement un nouveau type de star », a-t-elle déclaré, « donc ces candidats sont très encourageants pour nous ».
Pour repérer les candidats potentiels aux étoiles noires, l’équipe a parcouru les observations du Enquête extragalactique profonde avancée JWST (JADES). Ils se sont concentrés sur les données collectées par le Spectrographe proche infrarouge (NIRSpec) : un instrument mesurant les longueurs d’onde individuelles de la lumière provenant des objets célestes pour connaître leurs températures, leurs masses et leurs empreintes chimiques.
Les chercheurs ont fixé différents critères dans leur recherche : les signaux ne devaient pas être inférieurs à un redshift 10 (un étirement vers le rouge de l’ancienne lumière de l’univers correspondant à 500 millions d’années après le Big Bang), ne pouvaient contenir que de l’hydrogène et de l’hélium et devaient provenir d’un seul objet.
Cela les a conduits à quatre candidats étoiles noires : JADES-GS-z11-0, JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z14-0 et JADES-GS-z14-1. JADES-GS-z14-0 est le deuxième objet le plus éloigné observé par JWST à ce jour.
Signaux des premières étoiles
Les modèles de chaque candidat ont montré que les quatre pourraient vraisemblablement être des étoiles sombres, peut-être même des étoiles noires supermassives.
L’équipe a également trouvé des indices de la « signature fumante » des étoiles noires supermassives dans les données de longueur d’onde JADES-GS-z14-0 – des atomes d’hélium ionisés uniques absorbant des particules lumineuses d’une longueur d’onde de 1 640 angströms (un angström est cent millions de fois plus petit qu’un centimètre).
« Aucun autre objet connu à fort redshift ne devrait produire une telle caractéristique d’absorption », ont écrit les auteurs dans l’étude, ajoutant du poids à leur suggestion selon laquelle JADES-GS-z14-0 est une étoile sombre.
L’équipe a toutefois été surprise de découvrir que le Atacama Grand réseau millimétrique/submillimétrique (ALMA) au Chili avait détecté JADES-GS-z14-0 émettant de l’oxygèneun élément produit uniquement par des étoiles propulsées par la fusion nucléaire. « Cela m’inquiète un peu », a déclaré Freese.
L’équipe effectue actuellement des simulations pour déterminer la quantité d’oxygène autorisée avant qu’une étoile noire ne puisse plus se former, co-auteur de l’étude Cosmin Iliephysicien à l’Université Colgate de New York, a déclaré à Live Science. « La logique me dit qu’il devrait y avoir une sorte de transition », a-t-il déclaré.
Les étoiles noires restent controversées et leur existence n’est en aucun cas acceptée. « La majorité de la communauté des stars de Pop III ne pense pas que des brûleurs de matière noire (étoiles noires) puissent se former », Daniel Whalenun cosmologiste de l’Université de Portsmouth au Royaume-Uni qui n’a pas participé à la recherche, a déclaré à Live Science.
En fait, Whalen a déclaré qu’un « énorme problème » avec cette recherche est qu’elle ne fait pas de différence entre les étoiles sombres et les étoiles sombres. étoiles primordiales supermassives. « C’est vraiment l’éléphant dans la pièce ici », a-t-il déclaré.
Bien que les étoiles noires candidates soient plus massives que la plupart des étoiles primordiales supermassives, leurs données de longueur d’onde doivent être comparées pour les deux types d’étoiles afin d’exclure les étoiles primordiales supermassives, a expliqué Whalen.
En réponse à cette critique, Ilie a déclaré que, comme les étoiles primordiales supermassives ne vivent pas aussi longtemps que les étoiles sombres, si de nombreuses signatures appropriées sont identifiées, elles sont statistiquement plus susceptibles d’être des étoiles sombres. Cela signifie que de nombreuses autres observations sont nécessaires pour résoudre ce mystère.
Pendant ce temps, Freese a déclaré que l’équipe travaillait à l’automatisation de la recherche d’étoiles noires dans les données JWST « afin que nous n’ayons rien d’autre à faire que de garder les yeux ouverts ».
