Le télescope spatial James Webb a détecté trois potentielles « étoiles sombres », des objets célestes hypothétiques alimentés par l’annihilation de particules de matière noire. Cette découverte pourrait fournir des indices précieux sur la matière noire, un composant invisible mais dominant de l’Univers. Cependant, ces résultats restent spéculatifs et nécessitent des observations supplémentaires pour confirmer l’existence de ces étoiles sombres.
L’exploration spatiale ne cesse de repousser les frontières de notre connaissance. Parmi les outils les plus puissants à notre disposition se trouve le télescope spatial James Webb, qui scrute les confins de l’univers. D’ailleurs, il pourrait avoir repéré des traces de matière noire, un composant essentiel (25%) mais énigmatique de notre univers.
Récemment, une équipe d’astrophysiciens dirigée par l’Université du Texas a proposé que trois objets lumineux détectés par le JWST puissent être les premières « étoiles sombres » jamais observées, des objets célestes hypothétiques alimentés par l’annihilation de particules de matière noire. Cette détection, si elle est confirmée, pourrait marquer une étape importante dans notre compréhension de la matière noire.
Les implications de cette découverte pourraient être vastes, allant de la cosmologie à la physique des particules, et pourraient même remettre en question certaines de nos théories fondamentales sur la nature de l’Univers. Les travaux de l’équipe sont disponibles dans la revue PNAS.
Les étoiles sombres : une nouvelle catégorie d’étoiles ?
Les étoiles sombres, si elles existent réellement, pourraient être la clé pour nous aider à comprendre comment l’univers a reçu son premier rayonnement. Depuis environ 15 ans, les scientifiques spéculent que les étoiles sombres étaient parmi les premières que notre univers n’ait jamais produites, quand il avait seulement 700 millions d’années.
Ces objets hypothétiques ne brillent pas grâce à la fusion nucléaire comme les étoiles classiques, mais génèrent de la chaleur à partir de particules de matière noire qui s’annihilent mutuellement dans leur noyau. En effet, les scientifiques pensent que la matière noire serait composée de particules massives à faible interaction. Lorsqu’elles entrent en collision, ces particules s’annihilent, déposant de la chaleur dans des nuages d’hydrogène qui s’effondrent et les convertissent en étoiles sombres brillantes.
Si elles existent, ces étoiles seraient beaucoup plus grandes que les étoiles régulières, avec une masse d’au moins 10 millions (et émettant la luminosité de 10 milliards) de soleils — bien que non pas en lumière visible, mais en infrarouge.
Les premières candidates aux étoiles sombres
Les observations effectuées par le télescope spatial James Webb ont donc permis de détecter trois objets distants, tous datant des premiers temps de l’histoire de l’Univers. Ces objets présentent des caractéristiques qui correspondent à ce que l’on attendrait d’étoiles sombres. De fait, bien qu’ils soient lumineux, ils sont trop froids pour que la fusion nucléaire (processus qui alimente les étoiles conventionnelles) se produise.
Désignés sous les noms de JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 et JADES-GS-z11-0, ils sont donc considérés comme des candidats potentiels aux étoiles sombres. Rappelons que les trois potentielles « étoiles » ont été initialement identifiées comme des galaxies en décembre 2022 par le JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES).
Elles devraient faire l’objet d’observations futures par le JWST. Les scientifiques prévoient de rechercher des variations spécifiques dans leur intensité lumineuse, notamment des « creux » ou un « excès » d’intensité dans certaines bandes de fréquences. Ces variations pourraient correspondre à d’autres prédictions concernant l’énergie des étoiles sombres et fournir des preuves supplémentaires de leur existence.
Les implications de la découverte
Freese, auteur principal de l’étude et chercheur à l’UT, déclare dans un communiqué : « Découvrir un nouveau type d’étoile est assez intéressant en soi, mais découvrir que c’est la matière noire qui alimente cela, ce serait énorme ».
Si les étoiles sombres sont confirmées et si elles sont effectivement alimentées par la matière noire, cela pourrait fournir une nouvelle méthode pour étudier la matière noire. Comme déjà évoqué, la matière noire est un composant clé de notre univers, supposée constituer la majorité de sa masse. Cependant, malgré son importance, elle reste largement mystérieuse et insaisissable. Elle ne peut pas être observée directement avec les télescopes conventionnels, car elle n’émet ni absorbe de lumière. Sa présence est donc principalement déduite de ses effets gravitationnels sur la matière visible, comme les étoiles et les galaxies.
Confirmer l’existence d’étoiles noires pourrait également aider à résoudre un problème apporté par de récentes observations avec JWST : il semble y avoir trop de grandes galaxies trop tôt dans l’univers pour correspondre aux prédictions du modèle standard de cosmologie. Freese conclut : « Il est plus probable que quelque chose dans le modèle standard ait besoin d’être ajusté, car proposer quelque chose d’entièrement nouveau, comme nous l’avons fait, est toujours moins probable ».
Il ajoute : « Mais si certains de ces objets qui ressemblent à des galaxies primitives sont en fait des étoiles noires, les simulations de formation de galaxies concorderaient mieux avec les observations ». Rappelons que bien que fascinante, cette étude est très spéculative. Non seulement nous ne savons pas si les étoiles sombres existent, mais nous ne savons pas non plus si la matière noire existe réellement pour les alimenter en premier lieu.
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