Des trous noirs supermassifs pourraient-ils être formés à partir de matière sombre?

Vue d’artiste d’une galaxie spirale intégrée dans une plus grande distribution de matière noire invisible, connue sous le nom de halo de matière noire (colorée en bleu). Des études portant sur la formation de halos de matière noire ont suggéré que chaque halo pourrait abriter un noyau très dense de matière noire, qui pourrait potentiellement imiter les effets d’un trou noir central, ou éventuellement s’effondrer pour en former un. ESO / L. Calçada, Attribution (CC BY 4.0)

Au cœur de presque toutes les galaxies se cache un monstre – un trou noir supermassif des millions, voire des milliards de fois la masse du soleil. Les astronomes essaient toujours de comprendre comment ces énormes bêtes se forment et si elles se sont formées avant ou après les galaxies qui les entourent. Maintenant, de nouvelles recherches suggèrent que leur formation pourrait être liée à un autre des grands mystères de l’astronomie: la matière noire.

La plupart des trous noirs se forment lorsque de grandes étoiles s’effondrent à un point où elles ont une très grande quantité de masse dans un petit volume. Mais en utilisant la modélisation, une équipe a étudié ce qui se passerait dans un noyau galactique stable fait de matière noire, entouré d’un halo de matière noire. Ils ont découvert que le centre de la région de la matière noire pouvait devenir si dense qu’il s’effondrerait en un trou noir supermassif.

On suppose que les halos de matière noire existent autour des galaxies, et même s’ils sont invisibles pour nous, ils semblent contenir plus de masse que la matière ordinaire d’une galaxie typique. Mais pour s’effondrer et former un trou noir supermassif, l’étude a révélé que le halo devrait être d’une certaine taille – plus grande que celles trouvées autour des galaxies naines, par exemple.

«Ce modèle montre comment les halos de matière noire pourraient héberger des concentrations denses en leurs centres, ce qui peut jouer un rôle crucial pour aider à comprendre la formation de trous noirs supermassifs», a déclaré Carlos R. Argüelles, auteur principal, dans un communiqué. «Ici, nous avons prouvé pour la première fois que de telles distributions de matière noire noyau-halo peuvent en effet se former dans un cadre cosmologique et rester stables pendant toute la durée de vie de l’Univers.»

Le modèle suggère également que cette méthode permettrait aux trous noirs de se former rapidement, même avant les galaxies qui les entourent. Cela va à l’encontre d’une théorie actuelle selon laquelle les galaxies se sont probablement formées d’abord dans l’univers primitif, puis des trous noirs supermassifs se sont formés à l’intérieur.

Cela pourrait aider à expliquer comment les premiers trous noirs supermassifs se sont formés dans l’univers primitif, alors qu’il n’y avait pas beaucoup d’étoiles autour, a déclaré Argüelles: «Ce nouveau scénario de formation peut offrir une explication naturelle de la façon dont les trous noirs supermassifs se sont formés au début de l’Univers, sans nécessiter de formation préalable d’étoiles ni d’invoquer des trous noirs de semence avec des taux d’accrétion irréalistes. »

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