Les trous noirs supermassifs peuvent se former à partir de la matière noire, selon une étude

Par Lu Xiao
6 mars 2021
Mis à jour: 7 mars 2021

Les trous noirs supermassifs sont des objets astrophysiques exotiques qui se trouvent au centre des grandes galaxies. Leur masse peut atteindre 1 million à 1 milliard de fois celle de notre Soleil, et leur force gravitationnelle est si forte que même la lumière ne peut s’en échapper ; d’où le nom de trous « noirs ».

Une matière « sombre » (ou matière noire) est une forme mystérieuse de matière qui se tapit dans les galaxies et les amas de plusieurs galaxies. Elle exerce une forte force gravitationnelle, mais n’émet pas de lumière, d’où son qualificatif de « sombre ».

Une nouvelle étude théorique a permis de comprendre les rapports entre la matière sombre et les trous noirs.

Un groupe d’astrophysiciens, dirigé par le Dr Carlos Argüelles de l’Université nationale de La Plata et l’ICRANet, a étudié l’existence potentielle de noyaux galactiques formés de matière sombre.

Ils ont découvert que les centres des noyaux de matière sombre entourés de halos de matière sombre diluée pouvaient devenir si denses qu’ils pouvaient s’effondrer en trous noirs supermassifs.

Selon le modèle de formation des trous noirs standards, la matière qui s’effondre sous l’effet de la gravité pour former des trous noirs n’est pas la même que pour les trous noirs de matière sombre ; c’est dans leur cas plutôt de la matière baryonique (matière atomique normale).

Les trous noirs formés de matière sombre pourraient, d’après la nouvelle étude, s’être formés beaucoup plus rapidement que dans le modèle standard, ce qui aurait permis aux trous noirs supermassifs de se former avant leurs galaxies hôtes dans l’univers primitif, contrairement à ce que l’on croit actuellement.

« Ce nouveau scénario de formation peut offrir une explication naturelle à la façon dont les trous noirs supermassifs se sont formés dans l’Univers primitif, sans nécessiter la formation préalable d’étoiles ou avoir besoin d’invoquer des trous noirs d’origine avec des taux d’accrétion irréalistes », a déclaré M. Argüelles dans une déclaration.

Le nouveau modèle indique également un phénomène fascinant : les plus petits halos de matière sombre peuvent ne pas avoir une masse suffisante pour atteindre la masse requise pour s’effondrer en un trou noir. L’équipe a suggéré que cette situation pourrait donner lieu à de plus petites galaxies naines ayant un noyau central fait de matière sombre, ce qui est différent des trous noirs.

Un tel noyau de matière sombre pourrait encore imiter les signatures gravitationnelles d’un trou noir central typique, tandis que le halo de matière sombre extérieur pourrait expliquer les courbes de rotation des galaxies.

« Ce modèle montre comment il peut y avoir des concentrations denses [de matière sombre] au centre des halos de matière sombre. [Cette explication] pourrait jouer un rôle crucial pour aider à comprendre la formation des trous noirs supermassifs », a déclaré M. Argüelles. « Ici, nous avons prouvé pour la première fois que de telles distributions de matière sombre, à savoir la constitution d’un halo et d’un noyau, peuvent effectivement prendre place dans un cadre cosmologique et rester stables pendant toute la durée de vie de l’Univers. »

« Nous espérons que d’autres études permettront de mieux comprendre la formation des trous noirs supermassifs dans les tout premiers jours de notre Univers, ainsi que d’étudier si les centres des galaxies non actives, y compris notre propre Voie lactée, peuvent accueillir ces noyaux de matière sombre dense. »

L’équipe a publié son article dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

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