Une équipe d’astrophysiciens théoriques a étudié en détail une forme hypothétique de matière noire qui se combine pour former des atomes noirs. Ils ont découvert que l’existence d’atomes sombres peut affecter considérablement l’évolution des galaxies.
Nous ne comprenons pas la grande majorité de la matière dans l’univers. Nous l’appelons la matière noire, mais c’est à peu près ce que nous avons de mieux. À notre connaissance, la matière noire est composée d’un nouveau type de particules actuellement inconnues de la physique moderne. Quelle que soit la particule, elle n’interagit pas avec la lumière et elle n’interagit avec la matière normale que par la force gravitationnelle.
Compte tenu de notre manque de compréhension de cette substance mystérieuse, nous avons beaucoup de place pour jouer avec nos modèles théoriques. Certains de ces modèles suggèrent que la matière noire n’est pas constituée d’une seule espèce de particule qui inonde l’univers. Au lieu de cela, il peut être composé de différents types de particules. Il peut également y avoir de nouvelles forces de la nature, au-delà des quatre que nous connaissons, qui opèrent uniquement parmi les particules de matière noire.
Dans cette image, les différents composants de la matière noire peuvent s’assembler pour former des atomes noirs, voire des molécules et des structures plus complexes. Plus important encore, dans ces modèles, la matière noire peut s’agglutiner très étroitement. Une équipe de chercheurs a utilisé ce fait pour explorer les conséquences observationnelles de ces modèles d’atomes noirs à l’aide de simulations de l’évolution des galaxies.
Ils ont découvert que la matière noire atomique peut s’agglutiner très rapidement, formant un « disque d’ombre » pour accompagner le disque d’étoiles dans la galaxie typique. À partir de là, les atomes sombres continuent de s’agglutiner, formant l’équivalent d’étoiles sombres et de trous noirs sombres. Il peut même s’enfoncer rapidement dans le cœur de la galaxie, y augmentant rapidement la densité.
Tous ces effets de la matière noire atomique seraient invisibles aux échelles cosmologiques. Mais ils affecteraient considérablement l’évolution des étoiles au sein de la galaxie. Les étoiles se forment à partir de l’effondrement de la matière, et toute influence gravitationnelle peut affecter la trajectoire de formation des étoiles.
Les chercheurs ont trouvé des différences dans les taux de formation d’étoiles et la population et la distribution des étoiles dans une galaxie qui comprend des atomes noirs par rapport à une galaxie qui ne comprend qu’un seul composant de matière noire. Les chercheurs espèrent que ces résultats seront utiles pour mieux cerner cette substance mystérieuse qui domine notre univers.
La recherche est publiée sur le arXiv serveur de préimpression.
Plus d’information:
Sandip Roy et al, Simuler la matière noire atomique dans les analogues de la Voie lactée, arXiv (2023). DOI : 10.48550/arxiv.2304.09878