La matière noire « diffuse » pourrait entraîner la formation d’étoiles en « crêpes » géantes

La Matière Noire "diffuse" Pourrait Entraîner La Formation D'étoiles En

Un modèle de matière noire exotique suggère que les premières étoiles se sont peut-être formées non pas en tant qu’individus, mais en tant que minuscules poches incrustées dans de gigantesques feuilles ressemblant à des crêpes.

Cela aurait conduit à la formation d’étoiles vraiment gigantesques que le télescope James Webb pourrait être en mesure de détecter, selon une équipe de recherche.

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Les astronomes ont une multitude de preuves suggérant que la grande majorité de toute la matière dans l’univers est de la matière noire, ce qui indique qu’elle n’interagit pas avec la lumière ou la matière normale.

Par exemple, les étoiles tournent très rapidement autour du centre de leurs galaxies, compte tenu de la gravité de toute la matière que nous pouvons voir. La même chose se produit lorsque nous observons les mouvements des galaxies au sein des amas.

Et la toile cosmique, la grande structure des galaxies dans tout l’univers, est apparue et s’est développée très rapidement, étant donné la faible quantité de gravité fournie par tous les objets visibles.

Une grande partie de notre univers est invisible, mais nous ne savons toujours pas de quoi est faite cette partie sombre. Une suggestion populaire est connue sous le nom de matière noire froide, ce qui indique que la matière noire est constituée d’une sorte de particule exotique qui se déplace généralement beaucoup plus lentement que la vitesse de la lumière.

Bien que ce modèle soit extrêmement réussi – il peut expliquer toutes les observations étranges de galaxies et de structures – il présente quelques lacunes.

D’une part, le modèle de la matière noire froide se débat à des échelles plus petites que les galaxies. Par exemple, le modèle prédit beaucoup plus de matière au centre des galaxies que nous n’en observons, et il prédit des galaxies satellites beaucoup plus petites que nous ne pouvons en détecter.

Une idée pour contourner ce problème est de rendre la matière noire froide un peu « diffuse ». Si la matière noire est constituée d’une particule incroyablement petite – disons, 10 ^ 22 fois plus petite qu’un électron – alors elle serait suffisamment légère pour que sa nature d’onde mécanique quantique se manifeste à grande échelle. Ainsi, au lieu que ces particules existent en tant qu’objets ponctuels, elles seraient diffuses et leurs identités seraient réparties sur des régions allant jusqu’à mille années-lumière.

une nouvelle recette

En rendant la matière noire diffuse, cette nature ondulatoire de la particule la diffuse efficacement sur de grandes distances, ce qui résout bon nombre des problèmes d’accumulation rencontrés par la matière noire froide. En d’autres termes, ce modèle empêche la matière noire de construire des structures inférieures à 1 000 années-lumière.

Étant donné que ce modèle est conçu pour expliquer les observations existantes, pour faire le travail de la science, nous devons sortir et trouver une nouvelle façon de tester l’idée. C’est la motivation derrière un nouvel article dans The Astrophysical Journal Letters.

Dans l’article, les astronomes ont développé des simulations informatiques du début de l’univers et de l’apparition des premières étoiles. Ils ont permis à la matière noire d’être « diffuse » et ont observé comment elle modifiait l’évolution de la matière normale et le développement des étoiles.

Les étoiles et les galaxies ont besoin de matière noire pour se former. Étant donné que l’univers est en constante expansion, vous avez besoin de beaucoup de gravité pour rassembler des amas de gaz et obtenir des densités suffisamment élevées pour déclencher la fusion et commencer la formation d’étoiles.

Et il n’y a tout simplement pas assez de matière normale dans l’univers pour que cela se produise. Mais les amas de matière noire dans l’univers primitif servent d’incubateurs gravitationnels, attirant suffisamment de matière normale pour former des étoiles et des galaxies.

Donc, si vous changez les propriétés de la matière noire, comme la rendre diffuse, vous changez la façon dont les étoiles et les galaxies évoluent.

des grumeaux dans la pâte

Dans leurs simulations, les chercheurs ont découvert que lorsque la matière noire devient diffuse, elle modifie le récit de la formation des étoiles. Dans la matière noire froide ordinaire, les étoiles brillent d’abord enfouies profondément dans de minuscules poches individuelles dispersées dans le cosmos. Mais avec la matière noire diffuse, de gigantesques nappes bidimensionnelles ressemblant à des crêpes se forment en premier.

La « crêpe » se fragmente alors rapidement en poches individuelles qui finissent par se transformer en étoiles. Donc, quoi qu’il arrive, vous remplissez un univers avec une collection d’étoiles, comme dans les scénarios normaux de matière noire froide. Mais les chercheurs ont trouvé une différence observable clé.

Parce que les crêpes bidimensionnelles sont si massives et s’effondrent si rapidement, la première génération d’étoiles est beaucoup plus grande que ne le prédisent les scénarios de matière noire froide.

Ces premières étoiles dans les modèles de matière noire diffuse peuvent atteindre jusqu’à un million de fois la masse du Soleil, où la matière noire froide peut produire, au mieux, des étoiles quelques centaines de fois plus grosses que le Soleil.

En raison de leur taille énorme, les étoiles ne vivraient pas longtemps. Et en un clin d’œil, la première génération d’étoiles disparaîtrait dans une tempête déchaînée d’explosions de supernova. À partir de là, une fois les crêpes dissipées, la formation normale d’étoiles commencerait et l’univers commencerait à ressembler davantage au nôtre.

Bien que James Webb ne soit pas en mesure d’observer directement les premières étoiles apparues dans l’univers, il est capable de visualiser certaines des premières galaxies, qui pourraient contenir des vestiges de la génération primordiale d’étoiles.

Les chercheurs prédisent que si Webb ne voit pas d’étoiles de première génération, cela pourrait être une preuve du scénario de l’équipe, car dans leur modèle, toutes les étoiles de première génération meurent rapidement.

Alternativement, James Webb peut être en mesure de détecter le rayonnement restant de la ronde de supernova intense.

Avec des informations de Space.com

Image en vedette : Valery Brozhinsky/

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