La découverte d'une « naine noire » pourrait ouvrir la voie au décryptage du mystère de la matière noire

DNVN - Une étude récemment publiée montre que de mystérieuses « naines noires » pourraient fournir des indices importants, contribuant à clarifier la véritable nature de la matière noire – l'un des plus grands mystères de la cosmologie moderne.

Une nouvelle classe d'objets stellaires, appelée naines noires, pourrait se cacher au centre de notre galaxie. Ces étoiles faibles et de faible masse pourraient être alimentées non pas par la fusion nucléaire, mais par l'annihilation de particules de matière noire, ce qui pourrait révéler la nature insaisissable de l'un des plus grands mystères de l'univers. (Concept d'artiste). Source : SciTechDaily.

Dans une étude 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 humains peuvent les détecter à l'aide d'instruments existants, dont le télescope spatial James Webb. Le nom « naines noires » ne vient pas de leur nature 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 constitué d'une matière qui n'émet pas de lumière, ce qui la rend invisible à l'œil nu et aux télescopes. Nous ne pouvons la détecter que grâce à ses effets gravitationnels. C'est pourquoi nous l'appelons matière noire », a expliqué le professeur Jeremy Sakstein, co-auteur de l'étude et de l'Université d'Hawaï.

Bien que l'existence de la matière noire ait été 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 avancées, 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 à faible interaction (WIMP), des particules de masses extrêmement importantes qui interagissent très faiblement avec la matière ordinaire. Elles traversent tout sans être détectées, 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 WIMP ne peuvent être détectées qu'indirectement grâce à leur influence gravitationnelle. C'est également le type de matière noire nécessaire à l'existence des naines noires.

Illustration d'une naine noire. Source : Image créée par l'équipe de Sissa Medialab avec Adobe Illustrator.

« La matière noire peut interagir gravitationnellement, se retrouvant ainsi piégée par les étoiles et s'y accumulant. Dans ce cas, elle peut interagir avec elle-même et s'annihiler, libérant ainsi de l'énergie qui réchauffe l'étoile », explique Sakstein.

Les étoiles ordinaires, comme le Soleil, brillent grâce à la fusion nucléaire en leur cœur, lorsqu'elles sont suffisamment massives pour que la gravité comprime la matière au point de déclencher des réactions entre les noyaux atomiques, libérant 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, représentant seulement environ 8 % de la masse du Soleil », a expliqué Sakstein. De telles faibles masses ne suffisent pas à déclencher des réactions de fusion. Ainsi, ces objets, bien que fréquents dans l'Univers, n'émettent généralement qu'une faible lueur due à l'énergie générée par leur faible 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 en fait des naines noires », a souligné Sakstein. « Plus il y a de matière noire autour d'elles, plus elles en accumulent. Et plus elles accumulent de matière noire, plus elles peuvent générer d'énergie par leur annihilation. »

Mais toutes ces théories ne fonctionnent que pour un certain type de matière noire. « Pour que les naines noires existent, la matière noire doit être constituée de WIMP, c'est-à-dire de particules massives capables d'interagir entre elles pour créer de la matière visible », a expliqué Sakstein. D'autres théories, comme celles des axions, des neutrinos stériles ou des particules ultra-légères de faible intensité, sont trop légères pour produire l'effet souhaité. Seules des particules massives capables d'interagir et de s'annihiler en énergie visible fourniraient suffisamment d'énergie aux 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 rapidement. « Si vous trouvez un objet ressemblant à une naine noire, vous pouvez rechercher des traces de lithium-7. S'il est toujours présent, il ne peut s'agir d'une naine brune ou d'un élément similaire », explique Sakstein.

On pense que des instruments modernes comme le télescope spatial James Webb sont capables de détecter des objets extrêmement froids comme les naines noires. Sakstein suggère une approche différente : « Une autre option consiste à examiner l’ensemble de la population, puis à se demander statistiquement s’il convient d’inclure une population supplémentaire de naines noires pour mieux la caractériser. »

Si les scientifiques identifient une ou plusieurs naines noires dans les années à venir, cela suffira-t-il à étayer l'hypothèse selon laquelle la matière noire est constituée de WIMP ? « Assez fortement », répondit Sakstein. « Avec des candidats à la matière noire légers, comme les axions, je ne pense pas que nous trouverons quoi que ce soit qui ressemble à une naine noire. Elles 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 seulement faiblement avec le modèle standard. Cela inclut les WIMP et certains autres modèles exotiques. »

Cependant, il a également 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 qui se comporte de près comme une WIMP.

Si cette hypothèse se confirme, elle ouvrirait de nouvelles pistes de recherche, permettant potentiellement de faire la lumière sur l’un des plus grands mystères de l’univers.

La Khe (selon SciTech Daily)

Source: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-sao-lun-toi-co-the-mo-canh-cua-giai-ma-bi-an-vat-chat-toi/20250905082132203