Publié le 2024-02-29 14:35:00. Des observations réalisées grâce au télescope spatial James Webb suggèrent que les premières étoiles de l’univers pourraient être alimentées par la matière noire plutôt que par la fusion nucléaire, une hypothèse qui remet en question les modèles cosmologiques actuels.
- L’analyse de quatre objets extrêmement distants, datant d’environ 300 millions d’années après le Big Bang, révèle des signatures spectrales compatibles avec l’existence d’étoiles de matière noire.
- Ces étoiles hypothétiques, surnommées « étoiles sombres », brilleraient grâce à l’annihilation de particules de matière noire en leur cœur, sans recourir à la fusion nucléaire.
- La confirmation de cette théorie pourrait expliquer l’origine des galaxies brillantes et compactes observées dans l’univers primitif, ainsi que la formation rapide des trous noirs supermassifs.
Une nouvelle étude, menée par Cosmin Ilie de l’Université de Colgate, propose une alternative surprenante à la compréhension de la formation des premières étoiles. Jusqu’à présent, les scientifiques pensaient que ces étoiles, apparues peu après le Big Bang, étaient constituées principalement d’hydrogène et d’hélium, et qu’elles brillaient grâce aux réactions de fusion nucléaire qui se produisaient en leur cœur. Or, les données récentes du télescope spatial James Webb (JWST) suggèrent que certaines de ces étoiles pourraient fonctionner d’une manière radicalement différente.
Selon cette hypothèse, l’énergie de ces étoiles serait produite par l’annihilation de particules de matière noire – cette substance invisible qui constitue environ un quart de la masse totale de l’univers. Au cœur de ces étoiles, les particules de matière noire s’annihileraient mutuellement, libérant une quantité de chaleur suffisante pour empêcher l’effondrement gravitationnel de l’étoile. Le résultat serait des étoiles massives, mais denses, et étonnamment lumineuses, même en l’absence de fusion nucléaire.
L’équipe d’Ilie a analysé quatre objets extrêmement lointains, désignés JADES-GS-z14-0, JADES-GS-z14-1, JADES-GS-z13-0 et JADES-GS-z11-0. La lumière émise par ces objets remonte à une époque où l’univers avait à peine 300 millions d’années. Les données spectrales obtenues grâce aux instruments NIRCam et NIRSpec du télescope JWST indiquent qu’il pourrait s’agir d’étoiles de matière noire.
Un élément clé de cette découverte est la présence d’une raie d’absorption à une longueur d’onde de 1640 Angströms, une signature caractéristique de l’hélium ionisé, typique des étoiles de matière noire. Cette « preuve indirecte » a été observée pour la première fois dans l’objet Jades-GS-Z14-0, et sa détection, même avec un faible rapport signal/bruit, est considérée comme un moment crucial.
« C’est la première fois que nous trouvons des preuves potentielles de l’existence d’une étoile de matière noire »,
Cosmin Ilie, Université de Colgate
Il ajoute :
« Le simple fait que de tels signaux existent dans les données de Webb est stupéfiant. »
Cosmin Ilie, Université de Colgate
L’idée que la matière noire puisse créer des étoiles n’est pas nouvelle. La théorie a été initialement développée en 2008 par Katherine Frees de l’Université du Texas à Austin, en collaboration avec Doug Spolaar et Paol Gondola. Ils avaient alors suggéré que l’annihilation des particules de matière noire pouvait alimenter les premières étoiles, et que ces objets pourraient éventuellement s’effondrer pour former des trous noirs supermassifs.
Les nouvelles images du télescope Webb donnent désormais une base observationnelle à cette hypothèse. Si la nature des objets observés est confirmée, cela pourrait résoudre deux énigmes majeures : l’origine des galaxies brillantes et compactes dans l’univers primitif, et la formation rapide des trous noirs supermassifs qui se trouvent au cœur des galaxies les plus anciennes.
Une observation particulièrement intéressante est la détection d’oxygène dans l’un des objets, Jades-GS-Z14-0, grâce au radiotélescope ALMA au Chili. Cela suggère que l’étoile de matière noire pourrait faire partie d’un système plus vaste, ou être le résultat de la fusion de deux structures, par exemple lorsqu’une étoile de matière noire pénètre dans une galaxie contenant des éléments déjà existants.
De telles interactions ouvrent la possibilité fascinante que des étoiles de matière noire et des étoiles « classiques » aient pu coexister et interagir dans l’univers primitif, contribuant ainsi à son évolution.
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