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Une nouvelle étude théorique a proposé un nouveau mécanisme pour la création des trous noirs supermassifs à partir de la matière noire. L’équipe internationale a découvert qu’au lieu des scénarios de formation classiques impliquant de la matière « normale », des trous noirs supermassifs pourraient se former directement à partir de la matière noire dans les régions de haute densité au centre des galaxies.

Les trous noirs supermassifs

La manière exacte dont les trous noirs supermassifs se sont formés au départ est l’un des plus grands problèmes de l’étude de l’évolution des galaxies aujourd’hui. Les trous noirs supermassifs ont été observés dès 800 millions d’années après le Big Bang, et la façon dont ils ont pu se former si rapidement reste inexpliquée.
Les modèles de formation standard impliquent la matière baryonique normale, c’est-à-dire les atomes et les éléments qui composent les étoiles, les planètes et tous les objets visibles, qui s’effondrent sous l’effet de la gravité pour former des trous noirs, qui se développent ensuite avec le temps. Cependant, les nouveaux travaux de recherche examinent l’existence potentielle de noyaux galactiques stables faits de matière noire et entourés d’un halo de matière noire diluée, et découvrent que les centres de ces structures pourraient devenir si concentrés qu’ils pourraient également s’effondrer en trous noirs supermassifs, une fois qu’un seuil critique est atteint.

Un nouveau modèle de la formation

Selon ce modèle, cela aurait pu se produire beaucoup plus rapidement que les autres mécanismes de formation proposés, et aurait permis aux trous noirs supermassifs de l’Univers primitif de se former avant les galaxies qu’ils habitent, contrairement à ce que l’on croit actuellement.
Carlos R. Argüelles, qui a dirigé cette recherche, commente « ce nouveau scénario de formation peut offrir une explication naturelle à la façon dont les trous noirs supermassifs se sont formés dans l’Univers primitif, sans nécessiter la formation préalable d’étoiles, ni avoir besoin d’invoquer des trous noirs d’ensemencement avec des taux d’accrétion irréalistes ».
Une autre conséquence importante de ce nouveau modèle est que la masse critique pour l’effondrement dans un trou noir pourrait ne pas être atteinte pour les plus petits halos de matière noire, par exemple ceux qui entourent certaines galaxies naines. Les auteurs suggèrent que cela pourrait alors laisser de plus petites galaxies naines avec un noyau central de matière noire, plutôt que le trou noir attendu. Un tel noyau de matière noire pourrait encore imiter les signatures gravitationnelles d’un trou noir central classique, tandis que le halo extérieur de matière noire pourrait également expliquer les courbes de rotation des galaxies.

Des distributions de matière noire en halo central

« Ce modèle montre comment les halos de matière noire pourraient abriter des concentrations denses en leur centre, ce qui pourrait jouer un rôle crucial pour aider à comprendre la formation des trous noirs supermassifs », a ajouté M. Argüelles. « Ici, nous avons prouvé pour la première fois que de telles distributions de matière noire en halo central peuvent effectivement se former dans un cadre cosmologique, et rester stables pendant toute la durée de vie de l’Univers ».
Les auteurs espèrent que d’autres études permettront de mieux comprendre la formation des trous noirs supermassifs, dans les tout premiers jours de notre Univers, ainsi que de rechercher si les centres des galaxies non actives, y compris notre propre Voie lactée, peuvent accueillir ces noyaux de matière noire dense.
Cette recherche a été publiée dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Source : Royal Astronomical Society
Crédit photo : Pixabay