Les nains noirs sont des objets hypothétiques alimentés par matière noire qui se sont formés à partir du refroidissement des nains bruns, selon une équipe d’astronomes de l’Université de Durham, de l’Université d’Hawaï et de l’Université de Liverpool.
Ce que nous savons aujourd’hui à propos de la matière noire, c’est qu’elle existe et comment elle se comporte – mais pas encore ce qu’elle est.
Au cours des cinquante dernières années, plusieurs hypothèses ont été proposées, mais aucune n’a encore rassemblé suffisamment de preuves expérimentales pour prévaloir.
Parmi les candidats de matière noire les plus connus figurent les particules massives faiblement en interaction (WIMP) – des particules très massives qui interagissent très faiblement avec la matière ordinaire: elles traversent les choses inaperçues, n’émettent pas la lumière et ne répondent pas aux forces électromagnétiques et ne se révèlent que par leurs effets gravitationnels.
Ce type de matière noire serait nécessaire pour que les nains sombres existent.
« La matière noire interagit gravitationnellement, il pourrait donc être capturé par des étoiles et s’accumuler à l’intérieur », a déclaré le professeur à l’Université d’Hawaï, Jeremy Sakstein.
« Si cela se produit, il pourrait également interagir avec lui-même et anéantir, libérant de l’énergie qui chauffe l’étoile. »
Les étoiles ordinaires brillent parce que les processus de fusion nucléaire se produisent dans leurs noyaux, générant de grandes quantités de chaleur et d’énergie.
La fusion se produit lorsque la masse d’une étoile est suffisamment grande pour que les forces gravitationnelles compressent la matière vers le centre avec une telle intensité qu’ils déclenchent des réactions entre les noyaux atomiques.
Ce processus libère une énorme quantité d’énergie, que nous considérons comme une lumière. Les nains sombres émettent également de la lumière – mais pas à cause de la fusion nucléaire.
« Les nains noirs sont des objets de masse très bas, environ 8% de la masse du soleil », a déclaré le professeur Sakstein.
«Une si petite masse n’est pas suffisante pour déclencher des réactions de fusion.»
«Pour cette raison, de tels objets – bien que très communs dans l’univers – n’émettent généralement qu’une faible lumière et sont connus des scientifiques sous le nom de nains bruns.
Cependant, si les nains bruns sont situés dans des régions où la matière noire est particulièrement abondante – comme le centre de notre galaxie de la Voie lactée – ils peuvent se transformer en autre chose.
« Ces objets collectent la matière noire qui les aide à devenir un nain sombre », a déclaré le professeur Sakstein.
«Plus vous avez de matière noire, plus vous pouvez capturer.»
«Et, plus la matière noire se retrouve à l’intérieur de l’étoile, plus il y aura d’énergie grâce à son annihilation.»
« Pour que les nains noirs existent, la matière noire doit être faite de WIMP, ou de toute particule lourde qui interagit avec elle-même pour produire de la matière visible. »
«D’autres candidats proposés pour expliquer la matière noire – tels que les axions, les particules ultra-légères floues ou les neutrinos stériles – sont trop légers pour produire l’effet attendu dans ces objets.»
«Seules les particules massives, capables d’interagir les unes avec les autres et de l’annihilation en énergie visible, pourraient alimenter un nain sombre.»
Cependant, cette hypothèse entière aurait peu de valeur s’il n’y avait pas de façon concrète d’identifier un nain sombre.
Pour cette raison, le professeur Sakstein et ses collègues proposent un marqueur distinctif.
« Il y avait quelques marqueurs, mais nous suggérons le lithium-7 parce que ce serait vraiment un effet unique », a déclaré le professeur Sakstein.
« Le lithium-7 brûle très facilement et est rapidement consommé dans les étoiles ordinaires. »
« Donc, si vous pouviez trouver un objet qui ressemblait à un nain sombre, vous pouvez chercher la présence de ce lithium parce qu’il ne serait pas là s’il s’agissait d’un nain brun ou d’un objet similaire. »
Le travail de l’équipe apparaît dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
