Les étoiles noires pourraient bien être la clé des trois grandes énigmes de l’aube cosmique

Une nouvelle lumière sur l’aube de l’univers

C’est une étude fascinante, publiée récemment dans la revue Universe, qui vient secouer un peu nos certitudes. Elle propose des réponses à trois puzzles cosmiques qui, à première vue, n’ont pas grand-chose à voir les uns avec les autres, mais qui obsèdent les astronomes. L’idée centrale ? Les étoiles noires.

Cette recherche a été menée par une équipe solide. On retrouve à la barre le professeur adjoint de physique et d’astronomie de Colgate, Cosmin Ilie, épaulé par Jillian Paulin de l’Université de Pennsylvanie, Andreea Petric du Space Telescope Science Institute, et Katherine Freese de l’Université du Texas à Austin. Une belle brochette d’experts, n’est-ce pas ?

Pour comprendre de quoi il retourne, il faut remonter loin, très loin. Les premières étoiles de l’univers se sont formées dans des environnements riches en matière noire, au cœur de ce qu’on appelle des microhalos de matière noire. C’était il y a une éternité, ou plus précisément, environ quelques centaines de millions d’années après le Big Bang. À ce moment-là, des nuages moléculaires d’hydrogène et d’hélium se sont suffisamment refroidis pour entamer un processus d’effondrement gravitationnel. Et c’est là que tout a commencé, menant à la naissance des toutes premières étoiles.

Ce phénomène a marqué le début de l’ère de l’aube cosmique. Une période offrant les conditions idéales pour la formation d’étoiles alimentées non pas par la fusion nucléaire classique, mais par l’annihilation de matière noire. C’est ce qu’on appelle les étoiles noires. Ces objets peuvent devenir supermassifs et constituent, selon la théorie, des graines naturelles pour les trous noirs supermassifs. C’est un concept vertigineux, je vous l’accorde.

Les surprises du James Webb : Monstres bleus et trous noirs précoces

Alors, où est le problème me direz-vous ? Eh bien, le télescope spatial James Webb (JWST) est venu mettre son grain de sel en observant les objets les plus lointains jamais étudiés. Et ses découvertes posent de sacrés défis aux modèles standards de formation des premières étoiles et galaxies. C’est le moins qu’on puisse dire.

D’abord, il y a ces fameux « monstres bleus ». Une grande fraction des galaxies les plus lointaines est désormais classée dans cette catégorie : elles sont extrêmement brillantes, pourtant ultra-compactes et presque dépourvues de poussière. L’existence de telles galaxies était totalement inattendue ! Aucune simulation ou modèle théorique de l’ère pré-JWST n’avait prédit qu’on tomberait là-dessus. C’est un peu comme trouver un gratte-ciel au milieu de l’âge de pierre.

Et ce n’est pas tout. Les données du JWST exacerbent encore le problème des graines de trous noirs supermassifs (SMBH). On observe des trous noirs bien plus gros que prévu qui alimentent les quasars les plus lointains jamais vus. Comment ont-ils pu grossir aussi vite ? C’est un mystère qui défie la logique habituelle.

Enfin, le JWST a observé une toute nouvelle classe d’objets, incluant ce qu’on appelle les « petits points rouges » (ou LRDs pour « little red dots »). Ce sont des sources de l’aube cosmique très compactes, sans poussière, qui, contre toute attente, émettent peu ou pas de rayonnement X. Bref, rien ne colle avec ce qu’on pensait savoir.

L’hypothèse des étoiles noires : Une solution élégante

Ces trois énigmes combinées indiquent clairement que les modèles communément acceptés avant le lancement du JWST — concernant la formation des premières galaxies et des premiers trous noirs supermassifs — nécessitent de sérieux ajustements. On ne peut plus faire l’autruche.

C’est là que Cosmin Ilie intervient avec une perspective rafraîchissante : « Certains des mystères les plus significatifs posés par les données de l’aube cosmique du JWST sont en fait des caractéristiques de la théorie des étoiles noires », a-t-il déclaré. C’est audacieux, non ?

Bien que les étoiles noires n’aient pas encore été confirmées expérimentalement (on n’en a pas encore « touché » une, si je puis dire), cette publication récente ajoute une pièce maîtresse au dossier. Elle s’appuie sur des preuves existantes : des candidats photométriques et spectroscopiques découverts dans deux études distinctes de PNAS, publiées respectivement en 2023 et 2025.

En plus de discuter en profondeur des mécanismes par lesquels les étoiles noires pourraient expliquer les monstres bleus, les petits points rouges et ces galaxies à trous noirs démesurés, ce travail présente l’analyse spectroscopique la plus à jour. Et tenez-vous bien : ils ont trouvé des preuves de caractéristiques d’absorption dues à l’hélium — une véritable « preuve irréfutable » ou « smoking gun » pour les étoiles noires — dans le spectre de JADES-GS-13-0. Cela s’ajoute à celle précédemment trouvée pour JADES-GS-14-0. Ça commence à faire beaucoup de coïncidences, vous ne trouvez pas ?

Conclusion : Vers une nouvelle compréhension de la matière noire

Finalement, les étoiles noires sont sans doute parmi les objets astrophysiques les plus excitants qui puissent exister. Pourquoi ? Parce que leur étude ne nous parle pas seulement des étoiles.

Elle permettrait de déterminer les propriétés physiques de la particule de matière noire elle-même. Cela viendrait compléter les vastes efforts expérimentaux menés ici, sur Terre, pour détecter la matière noire dans nos laboratoires, que ce soit via la détection directe ou la production de particules. C’est un pont fascinant entre l’infiniment grand et l’infiniment petit, une connexion inattendue qui pourrait bien réécrire nos livres de physique.

Selon la source : phys.org

Ce contenu a été créé avec l’aide de l’IA.