Selon une équipe d’astrophysiciens dirigée par l’Université de Californie, des amas d’étoiles surpeuplés au début de l’Univers auraient pu construire des étoiles géantes, ensemencer des trous noirs et nourrir de mystérieux petits points rouges. Claire Williams, doctorante à Los Angeles.
« Les petits points rouges sont un sujet brûlant en astronomie. Vous pouvez comparer les études de personnes essayant de comprendre les LRD à l’histoire d’aveugles qui tentent de décrire un éléphant en le touchant, et chaque personne le décrit différemment en fonction de la partie qu’elle touche », a déclaré Smadar Naoz, astrophysicien à l’Université de Californie à Los Angeles.
« Nos recherches relient plusieurs de ces perspectives et peuvent nous aider à mieux voir l’éléphant. »
Pour l’étude, les auteurs ont construit un modèle analytique à résolution radiale de collisions stellaires dans des systèmes denses à redshift élevé.
Ceux-ci incluent les ancêtres des amas globulaires, les amas d’étoiles nucléaires comme celui autour du trou noir central de la Voie lactée et les LRD compacts et rougeâtres.
Plutôt que de partir d’observations, l’équipe a tiré les conditions initiales de simulations cosmologiques à haute résolution.
Ils ont ensuite vérifié leurs prédictions par rapport aux simulations de Monte Carlo et ont trouvé un bon accord entre les régimes clés.
Dans les amas sans trou noir, les collisions ont tendance à être des fusions douces plutôt que des explosions destructrices.
Le modèle révèle que les produits de fusion coulent vers le centre par friction dynamique, où des collisions répétées peuvent former ce que les astronomes appellent une étoile très massive.
Pour les amas dépassant environ 100 000 masses solaires par parsec cube, presque tous les systèmes de faible masse testés par l’équipe pourraient former une étoile très massive pesant plus de 200 soleils.
Dans les cas les plus denses, l’étoile a dépassé les 100 000 masses solaires. Une telle étoile pourrait s’effondrer en un trou noir de masse intermédiaire, voire supermassif.
« Le résultat le plus étrange de nos simulations est peut-être que les étoiles peuvent fusionner à plusieurs reprises au sein de l’amas jusqu’à former une étoile gigantesque avec une masse égale à celle d’un amas entier », a déclaré Williams.
« Quand une étoile aussi énorme atteint la fin de sa vie, les modèles suggèrent qu’elle n’a peut-être d’autre choix que de s’effondrer sur elle-même et de former un énorme trou noir. »
« Un endroit dans l’Univers proche où les collisions entre étoiles sont courantes est le centre galactique. »
« Dans notre modèle, une fois que ces étoiles très massives se transforment en trous noirs de masse intermédiaire, le système ressemble à notre propre centre galactique, qui est un trou noir entouré d’un amas d’étoiles dense. »
Les astronomes ont également comparé leur modèle aux amas d’étoiles à lentille que le télescope spatial James Webb NASA/ESA/CSA a observés à un redshift élevé.
La plupart ne forment que de modestes étoiles très massives, mais les plus compactes pourraient atteindre 1 000 à 10 000 masses solaires.
Selon l’équipe, la situation change lorsqu’un trou noir massif est déjà présent. Sa gravité accélère tellement les étoiles dans les régions intérieures que les collisions deviennent destructrices, déchirant les étoiles et déversant leur matière dans l’espace environnant.
Ce processus peut rapidement accumuler du gaz extrêmement dense autour du trou noir, à des densités correspondant ou dépassant celles déduites pour les LRD.
Le gaz pourrait constituer une source de carburant prête à l’emploi et pourrait aider à expliquer pourquoi les LRD ressemblent à ce qu’ils sont.
« Nous montrons que des taux élevés de collisions destructrices peuvent rapidement créer des environnements gazeux extrêmement denses autour de trous noirs massifs, fournissant potentiellement un analogue à la population observée de LRD », ont conclu les chercheurs.
