Quel rôle la matière noire a-t-elle joué dans les premiers univers? Puisqu'il constitue la majorité de la matière, il doit avoir un certain effet. Au lieu de brûler par fusion d'hydrogène, ces «étoiles sombres» ont été chauffées par l'anéantissement de la matière noire.
Et ces étoiles sombres pourraient encore être là-bas.
Quelques centaines de milliers d'années seulement après le Big Bang, l'Univers s'est suffisamment refroidi pour que la première matière se coalescente hors d'un nuage surchauffé de gaz ionisé. La gravité a pris racine et cette première matière s'est réunie pour former les premières étoiles. Mais ce n'étaient pas des étoiles telles que nous les connaissons aujourd'hui. Ils contenaient presque entièrement de l'hydrogène et de l'hélium, se sont transformés en masses énormes, puis ont explosé en supernovae. Chaque génération successive de supernovae a semé l'Univers d'éléments plus lourds, créés par la fusion nucléaire de ces premières étoiles.
La matière noire a également dominé l'Univers primitif, planant autour de la matière normale dans de grands halos, la concentrant avec sa gravité. Alors que les premières étoiles se rassemblaient à l'intérieur de ces halos de matière noire, un processus appelé refroidissement moléculaire à l'hydrogène les a aidées à s'effondrer en étoiles.
Ou, c'est ce que les astronomes croient généralement.
Mais une équipe de chercheurs des États-Unis pense que la matière noire n'interagit pas seulement par le biais de sa gravité, elle est juste là dans le vif du sujet. Leurs recherches sont publiées dans l'article «La matière noire et les premières étoiles: une nouvelle phase d'évolution stellaire». Les particules de matière noire comprimées ensemble ont commencé à s'annihiler, générant d'énormes quantités de chaleur et écrasant ce mécanisme de refroidissement de l'hydrogène moléculaire. La fusion de l'hydrogène a été arrêtée et une nouvelle phase stellaire - une «étoile noire» - a commencé. Boules massives d'hydrogène et d'hélium alimentées par l'anéantissement de la matière noire, au lieu de la fusion nucléaire.
Si ces étoiles sombres sont suffisamment stables, il est possible qu'elles existent encore aujourd'hui. Cela signifierait qu'une première population d'étoiles n'a jamais atteint le stade de la séquence principale et vit toujours dans ce processus avorté, soutenu par l'annihilation de la matière noire. Comme la matière noire est consommée dans la réaction, de la matière noire supplémentaire provenant des régions environnantes pourrait s'écouler pour maintenir le cœur chauffé, et la fusion de l'hydrogène pourrait ne jamais avoir la chance de prendre le dessus.
Cependant, les étoiles sombres pourraient ne pas durer aussi longtemps. La fusion de la matière régulière pourrait éventuellement submerger la réaction d'annihilation de la matière noire. Son évolution en une étoile régulière ne serait pas interrompue, seulement retardée.
Comment les astronomes pourraient-ils rechercher ces étoiles sombres?
Ils seraient très grands, avec un rayon central supérieur à 1 UA (la distance de la Terre au Soleil), ils pourraient donc être des candidats pour des expériences de lentilles gravitationnelles. Ces observations utilisent la gravité des galaxies voisines pour servir de télescope artificiel pour focaliser la lumière d'un objet plus éloigné. C'est la meilleure technique dont disposent les astronomes pour trouver les objets les plus éloignés.
Ils pourraient également être détectables par les produits d'anéantissement de la matière noire. Si la nature de la matière noire correspond à la théorie des particules massives à interaction faible, son annihilation produirait un rayonnement et des particules très spécifiques en grande quantité. Les astronomes pourraient rechercher des rayons gamma, des neutrinos et de l'antimatière.
Une troisième façon de les détecter serait de rechercher un retard dans la transition vers la séquence principale pour les premières étoiles. Les étoiles sombres auraient pu interrompre cette étape pendant des millions d'années, conduisant à une lacune inhabituelle dans l'évolution stellaire.
Peut-être que ces étoiles sombres donneront aux astronomes les preuves dont ils ont besoin pour enfin savoir ce qu'est réellement la matière noire.
Source d'origine: matière noire et premières étoiles: une nouvelle phase d'évolution stellaire
