Que se passe-t-il si vous placez un trou noir dans le soleil ?

22 décembre 2023

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Par la Société Max Planck

Dans un cas théorique, de petits trous noirs primordiaux pourraient être piégés par des étoiles naissantes. L'évolution de ces « étoiles Hawking » a été modélisée par une équipe internationale dirigée par des chercheurs de l'Institut Max Planck d'astrophysique. L’équipe a découvert que ces étoiles peuvent avoir une durée de vie étonnamment longue, imitant fidèlement les étoiles normales sous plusieurs aspects. Cette recherche est publiée dans The Astrophysical Journal.

L'astérosismologie pourrait aider à identifier de telles étoiles et pourrait constituer un terrain d'essai pour l'existence de trous noirs primordiaux et leur contribution à la matière noire.

Attendez-vous à un exercice scientifique qui suscite la réflexion : qu'arriverait-il à une étoile au cours de sa vie si, à la suite du Big Bang, un grand nombre de minuscules trous noirs, ou « trous noirs primordiaux », étaient créés et que certains étaient capturés lors de la formation de nouveaux étoiles?

Selon Selma de Mink, chef du département stellaire de l'Institut Max Planck d'astrophysique (MPA), les scientifiques posent parfois des questions farfelues pour approfondir leurs connaissances. Même si nous n’avons aucune preuve de leur existence, une expérience de pensée concernant les trous noirs primordiaux pourrait s’avérer intrigante.

Les trous noirs primordiaux, formés au début de l’univers, pourraient varier en taille, depuis les astéroïdes jusqu’à des milliers de fois la taille du soleil. Ils pourraient faire partie intégrante de la matière noire et pourraient engendrer des trous noirs supermassifs dans les galaxies actuelles.

En de rares occasions, une nouvelle étoile pourrait capturer un trou noir de la taille d'une petite lune ou d'un astéroïde, qui habiterait alors le centre de l'étoile. Ce type d'étoile est connu sous le nom d'« étoile de Hawking », une idée proposée par Stephen Hawking dans un article des années 1970.

Le trou noir d’une étoile Hawking connaîtrait une croissance lente en raison de la luminosité sortante obstruant l’entrée de gaz nécessaire à l’alimentation du trou noir. Une équipe mondiale de scientifiques a modélisé le développement d'une telle étoile en utilisant diverses masses initiales de trous noirs et différents modèles d'accrétion pour le noyau de l'étoile. À leur grand étonnement, la petite masse d’un trou noir ne fait que rendre l’étoile pratiquement identique à une étoile ordinaire.

Étonnamment, «les étoiles avec un trou noir en leur cœur peuvent avoir une longue durée de vie», déclare Earl Patrick Bellinger, MPA Postdoc et maintenant professeur adjoint à l'Université de Yale, qui a dirigé la recherche. "Notre soleil pourrait même héberger un trou noir aussi grand que Mercure sans que nous nous en rendions compte."

La principale divergence entre une étoile normale et une étoile Hawking se produirait autour du noyau, qui pourrait devenir convectif en raison de l'accrétion sur le trou noir. Cela ne modifierait pas les propriétés de la surface de l’étoile et ne serait pas non plus identifiable à l’aide des capacités de détection existantes. Cependant, l'astérosismologie, un domaine qui utilise des oscillations acoustiques pour examiner l'intérieur d'une étoile, pourrait le détecter.

Dans leur évolution ultérieure, lors de la phase géante rouge, le trou noir pourrait créer des signatures identifiables. Des projets à venir comme PLATO pourraient découvrir de tels objets, mais d'autres simulations doivent être effectuées pour déterminer les conséquences de l'introduction d'un trou noir dans des étoiles de masses et de métallicités variées.

Si les trous noirs primordiaux s’étaient réellement formés peu après le Big Bang, la recherche des étoiles de Hawking pourrait conduire à leur découverte.

Comme l'indique le professeur Matt Caplan de l'Illinois State University, co-auteur de l'étude, « bien que le soleil soit utilisé pour cet exercice, il existe de solides raisons de supposer que les étoiles de Hawking seraient répandues dans les amas globulaires et les galaxies naines ultra-faibles. '

Cela implique que les étoiles de Hawking pourraient servir d’outils pour vérifier l’existence de trous noirs primordiaux et leur influence potentielle sur la matière noire.

Informations concernant la revue : Astrophysical Journal

Fourni par la Société Max Planck