Depuis 2007, les astronomes ont proposé l’existence d’un type d’étoile étrange : une étoile alimentée par la chaleur de la matière noire. En cosmologie, la matière noire est une chose difficile à expliquer car nous ne savons littéralement pas ce que c’est. Nous ne pouvons pas le voir, d’où le nom “sombre”, mais sans qu’il soit pris en compte dans nos équations de l’univers, les choses ne s’additionnent tout simplement pas. Apprendre comment se forment certaines soi-disant “étoiles noires” serait une victoire majeure pour mieux comprendre notre place dans le cosmos. Maintenant, le télescope spatial James Webb (JWST) vient peut-être de prouver que les étoiles noires existent.
L’univers antique était très différent de ce qu’il est aujourd’hui. Certains astronomes pensent qu’avant l’existence de notre système solaire – en fait, avant la formation de notre galaxie – les étoiles noires étaient abondantes. Selon cette théorie, les étoiles noires auraient été alimentées par de grandes quantités de matière noire qui généreraient de la chaleur. Cette chaleur empêcherait à son tour les étoiles sombres de se transformer en étoiles modernes – le type brillant et brûlant alimenté par la fusion nucléaire – et, à la place, de devenir d’énormes nuages d’hydrogène moléculaire et d’hélium.
Les premières étoiles de l’univers étaient peut-être beaucoup plus froides et alimentées par l’annihilation de la matière noire
Si ces étoiles noires existaient encore aujourd’hui, elles seraient trop froides et trop sombres pour être facilement détectées. Seules leurs émissions de rayons gamma, de neutrinos et d’antimatière révéleraient leur existence, tout comme peut-être la présence d’hydrogène moléculaire froid. Une nouvelle étude publiée dans la revue PNAS suggère que, grâce à la puissance du télescope spatial James Webb, nous avons peut-être identifié trois entités qui pourraient très bien être des étoiles noires persistantes.
La physicienne théorique Katherine Freese, co-auteur de l’article et professeur de physique à l’Université du Texas et à l’Université de Stockholm, a recherché différentes façons de détecter la matière noire depuis le début de sa carrière dans les années 80. Dans un article publié en 2008 dans la revue Physical Review Letters, elle et ses collègues ont proposé une “nouvelle phase d’évolution stellaire”, dans laquelle les premières étoiles de l’univers sont beaucoup plus froides et alimentées par l’annihilation de la matière noire.
L’une des principales théories sur la matière noire est qu’elle est composée d’un type de particule connue sous le nom de WIMP, ou Weakly Interacting Massive Particle. Lorsque deux WIMP entrent en collision, ils peuvent s’annihiler, se transformant en d’autres particules. Cela générerait une énergie différente du processus de fusion qui alimente les étoiles modernes (y compris la nôtre), dans lequel les atomes d’hydrogène se combinent sous une chaleur et une pression extrêmes pour former de l’hélium. Cependant, jusqu’à l’arrivée du télescope James Webb, il n’y avait aucune preuve directe soutenant cette théorie sur les étoiles noires.
“Rien n’a été prouvé avec certitude par notre article”, a expliqué Freese à Salon dans un e-mail, mais c’est l’une des preuves les plus solides pour les étoiles noires à ce jour. En 2007, Freese et son co-auteur Cosmin Ilie (alors son étudiant diplômé à l’Université du Michigan) ont déterminé à quoi ressemblerait une étoile noire dans le JWST. Une fois que le télescope disposait de suffisamment de données pour tester leurs théories, Freese et Ilie ont commencé à passer au crible les nouvelles informations.
“JWST a trouvé environ 700 objets à décalage vers le rouge élevé (c’est-à-dire du tout début de l’Univers)”, a déclaré Freese. “Parmi ceux-ci, l’un de leurs instruments a pu mesurer les spectres (c’est-à-dire l’intensité à différentes fréquences) pour 9 d’entre eux, prouvant ainsi à coup sûr qu’ils proviennent bien de l’Univers primitif.”
Cinq de ces neuf ont produit des données utilisables, et à partir de là, les chercheurs ont étudié quatre d’entre eux en tant qu’objets JADES, qui signifie James Webb Advanced Extragalactic Survey. En fin de compte, a déclaré Freese, ils ont déterminé que “trois d’entre eux correspondent bien à nos prédictions pour les étoiles noires”.
Ces trois objets incluent JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 et JADES-GS-z11-0. Les auteurs ont exclu la possibilité que leurs lectures aient été d’une manière ou d’une autre gâchées par un contaminant à faible décalage vers le rouge, et ils ont également trouvé des caractéristiques “fumées” que leurs recherches précédentes avaient anticipées comme signifiant la présence d’étoiles noires. L’étude se termine par une proclamation audacieuse : “La confirmation d’un seul de ces objets en tant qu’étoile noire (avec des spectres NIRSpec détaillés) marquerait une nouvelle ère en astronomie : l’étude observationnelle des étoiles alimentées par DM.”
“La découverte d’un nouveau type d’étoile, composée d’hydrogène et d’hélium mais alimentée par de la matière noire, serait une avancée considérable.”
“La découverte d’un nouveau type d’étoile, composée d’hydrogène et d’hélium mais alimentée par de la matière noire, serait une énorme avancée”, a ajouté Freese, faisant écho à l’enthousiasme de son article. “Pour l’instant, il n’est pas possible de distinguer les étoiles noires des premières galaxies ; pour l’instant, les deux sont des explications possibles pour les données. De meilleurs spectres à l’avenir permettront de découvrir une ligne d’hélium dans les données – ce serait un pistolet fumant pour les étoiles noires. .”
L’équipe de recherche – qui comprenait Freese, Ilie et Jillian Pauline de l’Université Colgate – suggère que ces étoiles noires ne seraient pas éclairées par la fusion nucléaire, mais seraient plutôt beaucoup plus massives que la plupart des étoiles, si grandes qu’elles pourraient même ressembler à des galaxies de la Terre. télescopes basés. Les chercheurs affirment également que les étoiles noires s’effondrent en trous noirs supermassifs lorsqu’elles vieillissent, ce qui expliquerait pourquoi il y a tant de trous noirs dans l’univers.
Ce n’est pas la première découverte céleste ancienne qui aurait été rendue possible par le JWST. S’adressant à Salon plus tôt cette semaine, la responsable de la NASA, le Dr Michelle Thaller, a expliqué pourquoi elle affectionne particulièrement certaines “taches” qui pourraient être parmi les plus anciens objets connus de l’univers.
“La confirmation d’un seul de ces objets en tant qu’étoile noire marquerait une nouvelle ère dans l’astronomie.”
“Le Big Bang n’a eu lieu qu’il y a environ 13,8 milliards d’années. Nous nous tournons donc vers les toutes premières galaxies les plus jeunes ici”, a déclaré Thaller à Salon à l’époque. “Ce qui m’étonne à propos de ces taches, c’est que je n’aurais jamais pensé pouvoir en voir une image, quand j’étais à l’école d’astronomie et que nous apprenions ce qui s’est passé dans la toute première partie de l’univers. “
Freese a également fait l’éloge du JWST dans son entretien avec Salon, précisant qu’il était à lui seul suffisamment avancé sur le plan technologique pour acquérir ces données.
“JWST est le seul télescope capable de voir suffisamment loin dans l’univers pour découvrir des étoiles noires”, a déclaré Freese à Salon, ajoutant que d’autres instruments télescopiques en cours de développement pourraient également servir à cette fin, tels que Roman et EUCLID.
“Pour l’instant, tout ce que nous savons avec certitude, c’est que des objets ont été trouvés dans JWST qui sont les premiers à se former dans l’univers”, a conclu Freese. “Nous ne savons rien de plus sur leur évolution passée, jusqu’à ce que nous sachions avec certitude ce que sont ces objets.”
