Faisons une expérience scientifique : si nous supposons qu'un grand nombre de très petits trous noirs (appelés trous noirs primordiaux) ont été créés après le Big Bang, alors certains de ces trous noirs pourraient être piégés lors de la formation de nouvelles étoiles. Quel effet cela aurait-il sur la durée de vie d’une étoile ?

Dans un scénario hypothétique, de petits trous noirs primordiaux pourraient être capturés par des étoiles nouvellement formées. Une équipe internationale de chercheurs, dirigée par des chercheurs de l'Institut Max Planck d'astrophysique, a modélisé l'évolution de ces « étoiles de Hawking » et a découvert qu'elles peuvent avoir une durée de vie étonnamment longue et ressembler à de nombreux égards à des étoiles ordinaires. L'astéroïdométrie peut aider à identifier de telles étoiles, testant ainsi l'existence de trous noirs primordiaux et leur rôle en tant que composants de la matière noire.

Selmade Mink, directeur du département stellaire de l'Institut Max Planck d'astrophysique (MPA), a déclaré : « Les scientifiques posent parfois des questions folles pour en savoir plus. Nous ne savons même pas si de tels trous noirs primordiaux existent, mais nous pouvons quand même faire une expérience de pensée intéressante. »

Des trous noirs primordiaux auraient dû se former au tout début de l’univers, avec des masses allant de la petite taille d’un astéroïde à des milliers de masses solaires. Ils pourraient constituer un composant important de la matière noire ou être les germes des trous noirs supermassifs situés au centre des galaxies actuelles.

Une image d'un petit trou noir placé au centre du soleil dans une expérience de pensée. Crédit image : ©MPA, image de fond : Wikimedia/Creative Commons.

Dans une très faible probabilité, une étoile nouvellement formée pourrait capturer un trou noir d’une masse équivalente à celle d’un astéroïde ou d’une lune, qui occuperait alors le centre de l’étoile. De telles étoiles sont appelées « étoiles de Hawking », du nom de Stephen Hawking, qui a proposé l'idée pour la première fois dans un article dans les années 1970. Un trou noir au centre d’une telle étoile de Hawking ne se développerait que lentement car la luminosité sortante bloque l’afflux de gaz qui alimente le trou noir.

Aujourd'hui, une équipe internationale de scientifiques a simulé l'évolution d'une telle étoile en utilisant différentes masses initiales du trou noir et différents modèles d'accrétion au centre de l'étoile. Ils sont arrivés à un résultat surprenant : lorsque le trou noir est moins massif, l’étoile est pratiquement impossible à distinguer d’une étoile ordinaire.

Earl Patrick Bellinger, postdoctorant au MPA qui a dirigé l'étude et est maintenant professeur adjoint à l'Université de Yale, a déclaré : « Les étoiles avec des trous noirs en leur centre ont une durée de vie étonnamment longue. Il peut même y avoir un trou noir aussi grand que Mercure au centre de notre soleil, et nous n'en sommes pas conscients. »

Ces deux images montrent l'évolution radiale d'une étoile de masse similaire à celle du Soleil sans (à gauche) et avec (à droite) un trou noir de masse initiale similaire à celle d'un astéroïde. La ligne noire continue représente le rayon photosphérique et la ligne pointillée verticale représente l'âge actuel du Soleil. La zone rouge montre où l'hydrogène est converti lors de la fusion nucléaire en hélium, qui fournit l'essentiel de la luminosité du Soleil avant que le trou noir ne commence à croître de manière significative (zone noire ; à des âges inférieurs, le trou noir est trop petit pour être vu sur cette image). Les trous noirs génèrent des courants de convection qui mélangent les parties les plus internes des étoiles. Notez les différentes échelles de l’axe y.

La principale différence entre ces étoiles Hawking et les étoiles ordinaires est que près du noyau, le noyau deviendra convectif en raison de l'accrétion du trou noir. Il ne modifie pas les propriétés de la surface de l'étoile et ne peut échapper aux capacités de détection actuelles. Cependant, il peut être détecté dans le domaine relativement nouveau de l'astérosismologie, dans lequel les astronomes utilisent des oscillations acoustiques pour sonder l'intérieur des étoiles.

De plus, au cours des derniers stades de l’évolution stellaire, connus sous le nom de stade géante rouge, les trous noirs peuvent produire des signaux caractéristiques. Avec le développement de projets tels que PLATO, de tels objets pourraient être découverts. Cependant, d’autres simulations seront nécessaires pour déterminer les effets du placement d’un trou noir dans des étoiles de masses et de métallicités différentes.

"Si des trous noirs primordiaux se sont effectivement formés peu de temps après le Big Bang, alors la recherche des étoiles de Hawking pourrait être un moyen de les trouver." Le professeur Matt Caplan de l'Université d'État de l'Illinois, co-auteur de l'étude, a souligné : "Bien que le soleil soit utilisé à des fins pratiques, nous avons de bonnes raisons de croire que les étoiles de Hawking sont courantes dans les amas globulaires et les galaxies naines ultra-faibles. Cela signifie que les étoiles de Hawking peuvent être un outil pour tester l'existence de trous noirs primordiaux et leur rôle possible en tant que matière noire."

Source compilée : ScitechDaily