Les galaxies pourraient être ancrées à des « étoiles sombres » géantes – des amas de matière invisible situés en leur cœur, suggèrent de nouvelles recherches.
Bien que les astronomes disposent de nombreuses preuves que la majeure partie de la masse d’une galaxie donnée est invisible, ils ne connaissent pas encore l’identité de cette « matière noire » Au cours des dernières décennies, l’hypothèse la plus prometteuse a été que la matière noire est constituée d’une sorte de particule lourde qui interagit rarement, voire jamais, avec la lumière ou d’autres matières. Mais cette hypothèse a du mal à expliquer les densités relativement faibles des noyaux de galaxies, car les simulations du comportement de la matière noire prédisent qu’elle devrait facilement s’agglutiner jusqu’à des densités extrêmement élevées, ce qui ne correspond pas aux observations.
Une réponse possible à ce problème est que les particules de matière noire sont incroyablement légères – des milliards de fois moins massives que celles de la matière noire. le neutrinola particule la plus légère actuellement connue. Surnommé « matière noire floueces particules hypothétiques sont si légères que leur nature d’onde quantique se manifeste à des échelles macroscopiques plus grandes, voire galactiques. Cela signifie qu’ils peuvent se stabiliser en amas géants de matière invisible, formant ainsi des étoiles sombres.
Ceci est particulièrement intéressant car ces étoiles sombres peuvent s’étendre dans l’espace sur des milliers d’années-lumière mais ont toujours des masses relativement faibles, car les particules sont très légères. Ainsi, ils peuvent potentiellement former le noyau des galaxies, fournissant l’essentiel de la masse de ces galaxies sans créer de très hautes densités au niveau des centres galactiques.
Mais les galaxies sont constituées de bien plus que de la matière noire – floue ou non. Ils contiennent également de la matière normale, distribuée sous forme de nuages de gaz diffus et d’étoiles, et ce sont ces éléments que les astronomes peuvent réellement observer. Ainsi, pour tester cette idée, nous devons comprendre le lien entre la matière noire floue et la matière normale au sein d’une galaxie.
Le « fuzz » dans nos étoiles
Dans un article publié le 17 décembre 2024 sur le serveur de préimpression arXivune équipe internationale d’astrophysiciens a exploré comment les galaxies pourraient évoluer en réponse à la matière noire floue. Pour cette première étape, ils n’ont pas tenté de recréer une galaxie complexe entière. Au lieu de cela, ils ont construit un modèle de jouet simple qui ne contenait que deux composants : un pourcentage élevé de matière noire floue et un pourcentage plus faible d’un gaz simple et idéal.
Ils ont ensuite calculé comment ces deux composants évolueraient sous leur influence gravitationnelle mutuelle. Ils ont découvert que, malgré un comportement initialement aléatoire, la matière noire floue s’est rapidement rassemblée en un gros amas au centre, entouré de nuages plus diffus de matière noire.
Le gaz a suivi, se mélangeant à la matière noire floue au centre, créant ce que les chercheurs ont appelé une étoile à fermion-boson, en référence aux deux types de matière qui se sont mélangés pour former l’objet central. Cette étoile était totalement différente de notre conception typique d’une étoile. Ce serait gigantesque — jusqu’à 10 000 années-lumière à travers – et presque entièrement invisible, à l’exception de la subtile lueur du gaz qui s’y répand.
Cependant, les chercheurs ont souligné que cela servirait de représentation idéale d’un noyau galactique, qui contient des densités plus élevées – mais pas trop élevées – de matière normale, confirmant ainsi une prédiction clé du modèle de matière noire floue.
La prochaine étape consiste à construire des modèles encore plus sophistiqués pour explorer à quoi pourraient ressembler ces « étoiles » afin que les astronomes puissent comparer les prédictions aux observations du monde réel.
