Une nouvelle classe d'objets stellaires, les naines noires, pourrait se cacher au cœur de notre galaxie. Ces étoiles peu lumineuses et de faible masse seraient alimentées non par la fusion nucléaire, mais par l'annihilation de particules de matière noire, ce qui pourrait lever le voile sur l'un des plus grands mystères de l'Univers. (Illustration). Source : SciTechDaily.
Publiée dans le Journal of Astrophysics and Nuclear Astrophysics, une équipe de chercheurs britanniques et hawaïens a introduit le concept de naines noires et décrit comment les détecter grâce aux instruments existants, notamment le télescope spatial James Webb. L'appellation « naines noires » ne provient pas de leur couleur intrinsèquement sombre, mais de leur lien étroit avec la matière noire – une matière qui demeure au cœur de l'astrophysique et de la cosmologie actuelles.
« Nous pensons que 25 % de l’univers est composé d’une matière qui n’émet pas de lumière, la rendant invisible à l’œil nu et aux télescopes. Nous ne pouvons la détecter que par ses effets gravitationnels. C’est pourquoi nous l’appelons matière noire », explique le professeur Jeremy Sakstein, co-auteur de l’étude et professeur à l’Université d’Hawaï.
Bien que l'existence de la matière noire soit confirmée et que les scientifiques aient observé son comportement, sa véritable nature demeure un mystère. Au cours des 50 dernières années, de nombreuses hypothèses ont été proposées, mais aucune n'a été étayée par des données expérimentales solides. Des études comme celle-ci visent à fournir des méthodes pratiques pour se rapprocher d'une réponse définitive.
Parmi les principaux candidats à la matière noire figurent les particules massives interagissant faiblement (WIMPs) – des particules d'une masse extrêmement importante qui interagissent très faiblement avec la matière ordinaire. Elles traversent tout presque indétectablement, n'émettent pas de lumière, ne sont pas affectées par les forces électromagnétiques et, par conséquent, ne réfléchissent pas la lumière et restent invisibles. Les WIMPs ne peuvent être détectées qu'indirectement, par leur influence gravitationnelle. C'est également ce type de matière noire qui est nécessaire à l'existence des naines noires.
Illustration d'une naine noire. Source : Image créée par l'équipe de Sissa Medialab à l'aide d'Adobe Illustrator.
« La matière noire peut interagir gravitationnellement, elle se retrouve donc piégée par les étoiles et s'accumule à l'intérieur d'elles. Dans ce cas, elle peut interagir avec elle-même et s'annihiler, libérant de l'énergie qui chauffe l'étoile », explique Sakstein.
Les étoiles ordinaires, comme le Soleil, brillent grâce à la fusion nucléaire qui se produit en leur cœur. Elles sont suffisamment massives pour que la gravité comprime la matière au point de déclencher des réactions entre les noyaux atomiques, libérant ainsi d'énormes quantités d'énergie que nous percevons sous forme de lumière. Les naines noires, quant à elles, brillent également, mais pas grâce à la fusion nucléaire.
« Les naines noires sont très petites, leur masse ne représentant qu'environ 8 % de celle du Soleil », explique Sakstein. Une masse aussi faible est insuffisante pour déclencher des réactions de fusion nucléaire. C'est pourquoi ces objets, bien que communs dans l'univers, n'émettent généralement qu'une faible lueur due à l'énergie générée par leur effondrement gravitationnel, et sont appelés naines brunes.
Cependant, lorsqu'elles se trouvent dans des régions riches en matière noire, comme le centre de la Voie lactée, les naines brunes peuvent se transformer en d'autres formes. « Ces objets accumulent de la matière noire, ce qui les transforme en naines noires », a souligné Sakstein. « Plus la matière noire est abondante autour d'elles, plus elles en accumulent. Et plus elles accumulent de matière noire, plus elles peuvent générer d'énergie lors de leur annihilation. »
Mais toutes ces théories ne sont valables que pour un certain type de matière noire. « Pour que les naines noires existent, la matière noire doit être composée de WIMPs, ou de particules massives capables d'interagir entre elles pour créer de la matière visible », explique Sakstein. D'autres théories, comme celles impliquant les axions, les neutrinos stériles ou les particules ultralégères de faible énergie, sont trop légères pour produire l'effet recherché. Seules les particules massives capables d'interagir et de s'annihiler en énergie visible pourraient fournir suffisamment d'énergie pour l'existence de naines noires.
Mais pour que cette hypothèse soit valide, une méthode spécifique d'identification des naines noires est nécessaire. Sakstein et ses collègues proposent donc une signature : le lithium-7. Cet élément brûle très rapidement dans les étoiles normales et disparaît tout aussi vite. « Si vous trouvez un objet ressemblant à une naine noire, vous pouvez rechercher des traces de lithium-7. Si ces traces sont encore présentes, il ne peut s'agir d'une naine brune ou d'un objet de ce type », explique Sakstein.
On pense que des instruments modernes comme le télescope spatial James Webb sont capables de détecter des objets extrêmement froids tels que les naines noires. Sakstein propose une approche différente : « Une autre option consiste à étudier l’ensemble de la population et à déterminer statistiquement s’il convient d’y inclure une population supplémentaire de naines noires afin de mieux la caractériser. »
Si les scientifiques découvrent une ou plusieurs naines noires dans les années à venir, cela suffira-t-il à étayer l'hypothèse selon laquelle la matière noire est composée de WIMPs ? « Tout à fait », a répondu Sakstein. « Avec des candidats à la matière noire légère, comme les axions, je ne pense pas que nous trouverons quoi que ce soit qui ressemble à une naine noire. Ils ne s'accumulent pas à l'intérieur des étoiles. Si nous découvrons des naines noires, ce serait une preuve solide que la matière noire est massive et interagit fortement avec elle-même, mais faiblement avec le modèle standard. Cela inclut les WIMPs et d'autres modèles exotiques. »
Il a toutefois noté que la découverte de naines noires ne signifie pas nécessairement que la matière noire est une WIMP, mais qu'il pourrait s'agir d'une WIMP ou d'une autre forme de matière se comportant de manière très similaire à une WIMP.
Si cette hypothèse est confirmée, elle ouvrirait de nouvelles pistes de recherche et pourrait potentiellement éclairer l'un des plus grands mystères de l'univers.
Source : https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-sao-lun-toi-co-the-mo-canh-cua-giai-ma-bi-an-vat-chat-toi/20250905082132203
Comment (0)