Les étoiles noires existent-elles ? | Vide cosmique

Le philosophe des sciences Karl Popper a établi un critère simple pour prouver la validité d’une théorie scientifique : qu’il est possible de la vérifier par l’observation. Bien que dans certains aspects de la science moderne, cette prémisse puisse être considérée comme trop stricte, dans d’autres, c’est tout ce que nous avons et la raison ultime pour laquelle nous construisons des instruments scientifiques. En astrophysique, être capable d’observer la nature de la réalité nécessite de mettre en place de grandes installations sur Terre ou de lancer des télescopes spatiaux.

Si nous nous laissons emporter un instant par l’émotion, l’un des plus beaux objectifs pour lequel nous avons envoyé un télescope grand comme le James Webb (JWST) est de pouvoir voir la formation des premières étoiles de l’univers. Et pour ceux qui ne sont pas encore clairs, les stars n’ont pas toujours été au rendez-vous, il fallait les faire, comme des pois chiches.

Nous avons appelé les premières étoiles la population III car nous avons réalisé il y a longtemps qu’elles devaient se former tôt, qu’elles pouvaient être très massives et qu’elles devaient être constituées du gaz de composition primitive de l’univers primitif. Cela signifie qu’ils ne pouvaient rien avoir sur le tableau périodique au-delà des fondamentaux : l’hydrogène et l’hélium, qui sont les éléments qui ne se forment pas à l’intérieur des étoiles. Nous aurions pu les appeler comme elles étaient vraiment : les premières étoiles qui ont apporté de la lumière dans le cosmos, mais en plus d’être longues, c’était sympa, alors elles sont restées avec des étoiles de population III.

Les premières étoiles se sont formées comme toutes les autres, dans d’immenses nuages ​​de gaz dus à l’effet de la gravité et pouvaient être aussi grosses que des centaines, voire des milliers de fois plus massives que le Soleil.Mais pour les voir et ainsi tester nos théories scientifiques nous devons regarder en arrière dans le temps Quel est le problème alors ? S’ils étaient grands et brillants, pourquoi ne les avons-nous pas encore trouvés ?

L’une des principales raisons est qu’étant si grands, ils ont dû vivre peu de temps, éteignant très rapidement leur combustible de fusion nucléaire et explosant en supernovae en quelques millions d’années. Et la deuxième et principale raison est que nous n’avions pas l’instrumentation qui nous permettait de les voir dans le jeune univers car pour les trouver, entre autres, le “James Webb” a été construit. En fait, au début de cette année, deux équipes ont rapporté, non pas la détection définitive, mais la preuve de l’existence possible de ces premières étoiles dans le halo d’une galaxie massive lointaine et dans un petite galaxie qu’il pourrait être composé d’étoiles nées tôt dans le cosmos, bien que ce ne soit pas encore tout à fait clair car elles pourraient aussi être d’autres choses.

Mais si les premières étoiles sont difficiles à trouver, leur existence n’est généralement pas remise en question. Les plus controversés sont les étoiles noires, également candidats pour être le premier mais avec certaines différences. Voyons ça.

Toutes les étoiles tirent leur énergie de la fusion nucléaire. À l’intérieur, il y a des températures si élevées et la matière est à des pressions si élevées que les atomes peuvent fondre, libérant l’énergie nécessaire pour qu’ils ne s’effondrent pas sur eux-mêmes sous l’effet de la gravité, ou libérant trop d’énergie et se brisant, ce qui pourrait arriver à eux, au premier

Dans les étoiles noires, l’idée est la même, mais en ajoutant un seul ingrédient supplémentaire et c’est ce qui les rend très différentes. La clé est que, hypothétiquement, ils auraient pu se former tôt lorsque l’univers était très dense et contenait une quantité petite mais suffisante de matière noire sous la forme de WIMP (particules massives en interaction faible), l’un des candidats les plus prometteurs pour la matière noire. , bien qu’il existe des axions et des candidats plus exotiques tels que les neutrons stériles et les particules supersymétriques.

L’une des propriétés de ces particules hypothétiques appelées WIMP est qu’elles peuvent s’annihiler, avoir l’air humain et, ce faisant, produire de l’énergie pure. C’est l’astuce pour maintenir la gravité à distance dans ces étoiles, elles auraient suffisamment de ces particules pour que la pression externe fournisse leur annihilation sans avoir besoin de fusion nucléaire. Bien que seulement 0,1% de la masse totale de l’étoile soit sous la forme de WIMPS, cela suffirait déjà à faire briller l’étoile noire pendant des millions d’années.

Les étoiles noires pour exister ont besoin de WIMPS pour s’annihiler, et cela n’est possible que dans l’univers primitif lorsqu’elles devaient partager de petits espaces parce que l’espace-temps lui-même était encore en cours de création.

Ces étoiles sont différentes, elles ne seraient pas compactes mais plutôt des versions géantes clairsemées, froides (10 000 K) et lumineuses des étoiles « normales ». Ils seraient si gonflés qu’ils pourraient être aussi grands que deux fois l’orbite de Jupiter, ou 10 fois l’orbite de la Terre dans le système solaire. Et ils pourraient aussi avoir 10 millions de fois la masse du Soleil, ils seraient relativement froids et extrêmement brillants, une combinaison difficile à expliquer avec d’autres types d’objets.

Récemment, ils ont été identifiés par le JWST trois galaxies candidates à un grand redshift et qui ont été interprétées comme de possibles étoiles noires supermassives. Nous devrons attendre plus de données sur les plus grands et les plus petits. À l’heure actuelle, le candidat le plus probable pour un WIMP de matière noire est une particule appelée neutralino. Le neutralino est l’une des particules dont l’existence est prédite par la théorie de la supersymétrie et qui tente d’unir les quatre forces naturelles sous un seul paradigme.

Vide cosmique est une section dans laquelle nos connaissances sur l’univers sont présentées de manière qualitative et quantitative. Il vise à expliquer l’importance de comprendre le cosmos non seulement d’un point de vue scientifique, mais aussi d’un point de vue philosophique, social et économique. Le nom “vide cosmique” fait référence au fait que l’univers est et est, pour l’essentiel, vide, avec moins d’un atome par mètre cube, alors que dans notre environnement, paradoxalement, il y a des quintillions d’atomes par mètre cubique, qui nous invite à réfléchir sur notre existence et la présence de la vie dans l’univers. La rubrique est composée de Pablo G. Pérez Gonzalezchercheur au Centre d’Astrobiologie, et Eva Villaverprofesseur de recherche à l’Instituto de Astrofísica de Canarias.

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