Nous avons peut-être découvert les tout premières étoiles alimentées par la matière noire

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Les astronomes ont trouvé les preuves les plus fortes à ce jour pour l’existence de étoiles noiresun type d’énorme étoile dans l’univers précoce qui est partiellement alimenté par la matière noire. S’il est confirmé, ces étoiles hypothétiques pourraient aider à expliquer pourquoi nous voyons mystérieusement De grands trous noirs dans l’univers précoce – mais tous les astronomes ne sont pas convaincus par la découverte.

L’idée d’une étoile noire a été lancée pour la première fois en 2007 par Katherine Freese à l’Université du Texas à Austin et à ses collègues. Ils ont suggéré que de vastes nuages d’hydrogène et d’hélium dans l’univers précoce auraient pu se mêler d’une forme auto-annihilante de matière noire pour former des étoiles massives et stables. Sans matière noire, de si grands nuages de gaz s’effondreraient pour former un trou noir, mais l’énergie de la matière noire auto-annihilante peut empêcher cela, permettant au gaz de chauffer et de former un objet en forme d’étoile, même si la fusion nucléaire qui se déroule dans la plupart des étoiles ordinaires est absente.

Il y avait peu de preuves de ces objets exotiques jusqu’en 2022, lorsque le télescope spatial James Webb (JWST) a commencé à repérer un nombre inhabituellement élevé d’objets très brillants et distants de quelques millions d’années après le Big Bang, qui, selon les astronomes, étaient probablement des galaxies. Freese et son équipe ont montré que trois de ces galaxies correspondaient également à plusieurs propriétés des simulations Dark Star, telles que leur profil rond et une intensité de lumière similaire, mais ils manquaient de données spectroscopiques détaillées pour faire une découverte concluante.

Maintenant, Freese et ses collègues disent que de nouvelles observations spectroscopiques de ces premières galaxies de JWST s’alignent bien avec des prédictions théoriques sur l’apparence des étoiles noires, ainsi que de l’identification de deux autres candidats Dark Star. L’un de ces nouveaux candidats contient également un indice alléchant d’un type d’hélium spécifique – Manquer un électron – qui, s’il était confirmé, serait un identifiant unique des étoiles noires. «Si c’est réel, alors je ne sais pas comment vous l’expliqueriez autrement qu’avec une étoile sombre», explique Freese. Cependant, les preuves en ce sont limitées jusqu’à présent, dit-elle.

Mais Daniel Whalen À l’Université de Portsmouth, au Royaume-Uni, favorise une interprétation alternative, arguant que les étoiles primordiales supermassives, une théorie alternative sombre sans matière des étoiles géantes, les premières étoiles, correspondent aux données JWST également bien. «Ils ignorent tout un corps de littérature sur la formation d’étoiles primordiales supermassives, dont certaines pourraient donner des signatures très similaires aux signatures qu’ils montrent», explique Whalen.

Freese n’est pas d’accord, cependant, disant que la seule voie plausible pour faire de ces étoiles massives est qu’ils brûlent de la matière noire: «Il n’y a vraiment aucun autre moyen de les fabriquer», dit-elle.

Une ride potentielle est que des observations distinctes des objets étudiés par Freese et ses collègues, du grand réseau de millimètres d’Atacama (ALMA) au Chili, indiquent la présence d’oxygène. Comme cet élément ne serait pas trouvé dans les étoiles sombres, elle suggère que ces étoiles noires sont mélangées avec d’autres étoiles ou compagnons, explique Freese. Mais Whalen considère l’oxygène comme un signe clair que ces objets ne peuvent pas être des étoiles sombres, car leur formation aurait été perturbée par des étoiles régulières explosant dans les supernovae.

Si Freese et ses collègues peuvent prouver que ces objets sont des étoiles sombres, cela pourrait aider à résoudre une autre énigme cosmique, qui est l’abondance de très grands trous noirs récemment découverts par JWST. Notre compréhension actuelle est que de tels trous noirs ne peuvent exister que s’ils commencent à partir de touffes de matière extrêmement importantes pour les semer, mais rien dans l’univers précoce ne devrait être suffisamment grand pour le faire – en dehors des étoiles noires, dit Freese: « Nous avons une explication pour de gros problèmes astrophysiques non résolus. »

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