Pour la première fois, des scientifiques ont peut-être découvert des preuves indirectes qu'une grande quantité de matière noire invisible entoure trous noirs. La découverte, si elle est confirmée, pourrait être une percée majeure dans l'étude de la matière noire.
La matière noire représente environ 85 % de toute la matière de l'univers, mais elle est presque totalement invisible pour les astronomes. En effet, contrairement à la matière qui compose les étoiles, les planètes et tout ce qui nous entoure, la matière noire n'interagit pas avec la lumière et ne peut pas être vue.
Heureusement, la matière noire interagit gravitationnellement, ce qui permet aux chercheurs de déduire la présence de matière noire en examinant son effet gravitationnel sur un "proxy" de matière ordinaire. Dans une nouvelle étude, une équipe de scientifiques de l'Université de l'éducation de Hong Kong a utilisé des étoiles en orbite autour de trous noirs dans des systèmes binaires en tant que "proxies".
L'équipe a observé que les orbites des deux étoiles ralentissaient, ou légèrement ralenties, d'environ 1 milliseconde par an alors qu'elles se déplaçaient autour de leurs trous noirs compagnons, désignés A0620-00 et XTE J1118+480. L'équipe a conclu que le ralentissement était le résultat de la matière noire engloutissant les trous noirs et créant une friction et une gravité importantes pour les étoiles alors qu'elles tournaient autour de leurs partenaires les plus massifs.
À l'aide de simulations informatiques de systèmes de trous noirs, l'équipe a appliqué le modèle de friction dynamique de la matière noire, largement utilisé en cosmologie, qui suppose une certaine perte d'élan des objets interagissant gravitationnellement avec la matière noire. Les simulations ont montré que les taux de décroissance observés des orbites correspondent aux prédictions du modèle de frottement. Le taux observé de décroissance orbitale est d'environ 50 fois l'estimation théorique, qui est d'environ 0,02 milliseconde de décroissance orbitale par an pour les binaires dépourvus de matière noire.
"Il s'agit de la première étude à utiliser le" modèle de friction dynamique "pour confirmer et prouver l'existence de matière noire autour des trous noirs", déclare Jang Man Ho (ouvre dans un nouvel onglet), chef de groupe et professeur agrégé du Département de environnement des sciences naturelles et des études environnementales dans votre application.
Les résultats de l'étude, publiés le 30 janvier dans The Astrophysical Journal Letters, aident à confirmer une théorie de longue date en cosmologie selon laquelle les trous noirs peuvent absorber la matière noire qui s'en rapproche suffisamment. Cela conduit à une redistribution de la matière noire autour des trous noirs, créant un "pic de densité" dans leur voisinage immédiat, qui peut subtilement affecter les orbites des objets environnants.
Chan a expliqué que les tentatives précédentes pour étudier la matière noire autour des trous noirs reposaient sur l'émission de lumière à haute énergie sous la forme de rayons gamma, ou de pulsations dans l'espace appelées ondes gravitationnelles. Ces émissions sont causées par la collision et la fusion de trous noirs, un événement rare dans l'univers qui peut faire attendre longtemps les astronomes pour obtenir suffisamment de données.
Cette recherche offre aux scientifiques une nouvelle façon d'étudier la matière noire distribuée autour des trous noirs, ce qui pourrait les aider à être plus actifs dans leur recherche. L'équipe a l'intention de rechercher des binaires de trous noirs similaires à étudier à l'avenir.
"Cette recherche ouvre une nouvelle direction importante pour les recherches futures sur la matière noire", a déclaré Chan. "Dans une seule galaxie, la Voie lactée, il existe au moins 18 systèmes binaires similaires aux objets de notre étude, qui peuvent fournir des informations riches qui aideront à percer le mystère de la matière noire."
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