Les astronomes sont de plus en plus convaincus que l’univers primitif a pu être peuplé d’un type d’étoile différent de tout ce que nous voyons aujourd’hui : des étoiles noires, des objets célestes massifs alimentés non pas par la fusion nucléaire, mais par l’annihilation de la matière noire. Des observations récentes du télescope spatial James Webb (JWST) offrent des preuves alléchantes, bien que pas encore concluantes, de ces structures théoriques, résolvant potentiellement plusieurs énigmes cosmologiques de longue date.
La montée des étoiles de la matière noire
Les étoiles normales s’enflamment lorsque la gravité comprime le gaz jusqu’à ce que la fusion nucléaire commence dans le noyau. Les étoiles sombres, cependant, auraient pu se former dans les conditions denses de l’univers primitif, où la matière noire était plus concentrée. Si suffisamment de matière noire s’était accumulée dans un nuage en train de s’effondrer, les particules seraient entrées en collision et s’annihileraient, libérant de l’énergie qui empêcherait un nouvel effondrement et alimenterait l’étoile.
Ce processus n’est pas seulement hypothétique ; Des chercheurs dirigés par Katherine Freese de l’Université du Texas à Austin ont modélisé le cycle de vie de ces étoiles, y compris leur destin éventuel. Contrairement aux étoiles conventionnelles qui brûlent du combustible et s’effondrent en trous noirs après des réactions nucléaires épuisantes, les étoiles sombres peuvent théoriquement se maintenir indéfiniment tant que la matière noire continue de s’accumuler et de s’annihiler.
Le problème du trou noir supermassif
L’existence d’étoiles sombres contribuerait à expliquer la présence de trous noirs supermassifs dans l’univers primitif. Ces objets massifs sont apparus bien trop rapidement après le Big Bang pour s’être formés uniquement à partir de l’effondrement d’étoiles plus petites. Les étoiles sombres, cependant, auraient pu atteindre des tailles immenses – entre 1 000 et 10 millions de fois la masse de notre soleil – avant de s’effondrer dans les trous noirs supermassifs observés par les astronomes.
Comme l’explique Freese, “Si vous commencez avec des graines plus grosses, cela fait vraiment une différence”. Sans précurseurs aussi massifs, la formation rapide de ces trous noirs reste un mystère.
Observations JWST et objets inattendus
Le JWST a également détecté deux types inhabituels d’objets distants : les “petits points rouges” et les “monstres bleus”. Comme les trous noirs supermassifs, leur existence à des époques cosmiques aussi anciennes est difficile à expliquer par des mécanismes de formation conventionnels. L’équipe de Freese suggère qu’il pourrait s’agir en réalité d’étoiles sombres individuelles extrêmement massives.
Surtout, les étoiles sombres laisseraient une empreinte digitale unique dans leur spectre lumineux – une longueur d’onde spécifique absorbée en raison de l’énergie libérée par l’annihilation de la matière noire. Les premières observations du JWST ont fait allusion à cette signature dans plusieurs objets distants, mais les données ne sont actuellement pas concluantes.
La voie à suivre
À l’heure actuelle, les preuves de l’existence d’étoiles sombres sont circonstancielles. Bien que les observations du JWST soient prometteuses, des données supplémentaires à haute résolution sont nécessaires pour confirmer leur existence. Si elles sont confirmées, ces structures résoudraient non seulement les mystères cosmologiques, mais ouvriraient également une nouvelle fenêtre sur la nature de la matière noire elle-même.
Plus précisément, la masse à laquelle les étoiles noires s’effondrent en trous noirs dépendrait des propriétés des particules de matière noire qui conduisent à leur annihilation. Cela pourrait permettre aux scientifiques de mesurer ou de limiter la masse de matière noire, l’un des problèmes non résolus les plus importants de la physique.
Comme le dit Dan Hooper de l’Université du Wisconsin-Madison : « Ce n’est pas une preuve irréfutable et sans ambiguïté, mais c’est une chose vraiment motivée qu’ils recherchent. » La recherche d’étoiles noires est rare, mais la découverte serait extraordinaire.
