C e main
je pars dans la traduction de ;’ Study points to a seed black
hole produced by a dark matter halo collapse
by Iqbal Pittalwala, University of California –
Riverside
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Une étude indique que la ‘’semence’’ d’un trou noir produit un effondrement de halo de matière noire
par Iqbal
Pittalwala, Université de Californie - Riverside
Crédit :
Collaboration avec le télescope Event Horizon
Les trous
noirs supermassifs, ou SMBH, sont des trous noirs dont la masse est plusieurs
millions à plusieurs milliards de fois la masse de notre soleil. La Voie lactée
abrite un SMBH dont la masse est plusieurs millions de fois la masse solaire.
Étonnamment, les observations astrophysiques montrent que les SMBH existaient
déjà lorsque l'univers était très jeune. Par exemple, un milliard de trous
noirs de masse solaire ont été découverts alors que l'univers n'avait que 6 %
de son âge actuel, soit 13,7 milliards d'années. Comment naissent ces SMBH aussi précisément dans l'univers primitif ?
Une
équipe dirigée par un physicien théoricien de l'Université de Californie,
Riverside, a proposé une explication : c’est ce genre de un trou noir massif que l'effondrement d'un super halo de matière noire pourrait produire.
Le halo
de matière noire est le halo de matière invisible entourant une galaxie ou un
amas de galaxies. Bien que la matière noire n'ait jamais été détectée dans les
laboratoires, les physiciens restent convaincus que cette matière mystérieuse
qui constitue 85 % de la matière de l'univers existe. Si la matière visible
d'une galaxie n'était pas incrustée dans un halo de matière noire, cette
matière volerait en éclats.
"Les
physiciens se demandent pourquoi les SMBH dans l'univers primitif, qui sont
situés dans les régions centrales des halos de matière noire, se développent si
massivement en peu de temps", a déclaré Hai-Bo Yu, professeur agrégé de
physique et d'astronomie à l'UC Riverside, qui a dirigé l'étude publiée dans
Astrophysical Journal Letters. "C'est comme un enfant de 5 ans qui pèse,
disons, 200 livres. Un tel enfant nous étonnerait tous parce que nous
connaissons le poids typique d'un nouveau-né et à quelle vitesse ce bébé peut
grandir. En ce qui concerne les trous noirs, les physiciens ont des attentes
générales concernant la masse d'un trou noir de graine ( naissance ) et son
taux de croissance. La présence de SMBH suggère que ces attentes générales ont
été violées, nécessitant de nouvelles connaissances. Et c'est excitant. "
Un trou
noir de naissance est un trou noir à son
stade initial, semblable au stade de bébé dans la vie d'un humain.
"Nous
pouvons penser à deux raisons", a ajouté Yu. "La graine – ou le " bébé " - le trou noir est soit beaucoup
plus plus massif,soit il
pousse beaucoup plus vite que nous le pensions, ou les deux a la fois . La
question qui se pose alors est de savoir quels sont les mécanismes physiques
permettant de produire un trou noir de naissance suffisamment massif ou d'atteindre un taux de
croissance suffisamment rapide ?"
"Il faut du temps pour que les trous noirs deviennent
massifs en accrétant la matière environnante", a déclaré le co-auteur
Yi-Ming Zhong, chercheur postdoctoral à l'Institut Kavli de physique cosmologique
de l'Université de Chicago. "Notre article montre que si la matière noire
a des auto-interactions, l'effondrement gravitique et thermique d'un halo peut
conduire à un trou noir suffisamment massif. Son taux de croissance serait alors
plus conforme aux attentes générales."
En astrophysique, un mécanisme populaire utilisé pour
expliquer les SMBH est l'effondrement du gaz primitif dans les protogalaxies de
l'univers primitif.
"Ce mécanisme, cependant, ne peut pas produire un trou
noir de graine suffisamment massif pour accueillir les SMBH nouvellement
observés, à moins que le trou noir de graine n'ait connu un taux de croissance
extrêmement rapide", a déclaré Yu. "Notre travail fournit une
explication alternative : un halo de matière noire à interaction
automatique subit une instabilité gravothermique et sa région centrale
s'effondre dans un trou noir de graine."
L'explication que Yu et ses collègues proposent fonctionne de
la manière suivante :
Les particules de matière noire se regroupent d'abord sous
l'influence de la gravité et forment un halo de matière noire. Au cours de
l'évolution du halo, deux forces concurrentes, la gravité et la pression,
opèrent. Alors que la gravité attire les particules de matière noire vers
l'intérieur, la pression les freine et
les pousse vers l'extérieur. Si
les particules de matière noire n'ont pas d'auto-interactions, alors, à mesure
que la gravité les attire vers le halo central, elles deviennent plus chaudes,
c'est-à-dire qu'elles se déplacent plus rapidement que la pression augmente
efficacement et qu'elles rebondissent. Cependant, dans le cas de la matière
noire auto-interagissant, les auto-interactions de la matière noire peuvent
transporter la chaleur de ces particules « plus chaudes » vers des
particules plus froides à proximité. Cela rend difficile le rebond des
particules de matière noire.
Yu a expliqué que le halo central, qui s'effondrerait dans un
trou noir, a un moment angulaire, ce qui signifie qu'il tourne. Les
auto-interactions peuvent induire une viscosité, ou un "frottement",
qui dissipe le moment angulaire. Pendant le processus d'effondrement, le halo
central, qui a une masse fixe, rétrécit en rayon et ralentit en rotation en
raison de la viscosité. Au fur et à mesure que l'évolution se poursuit, le halo
central finit par s'effondrer dans un état singulier : un trou noir de graine.
Cette graine peut devenir plus massive en accrétant de la matière baryonique -
ou visible - environnante telle que le gaz et les étoiles.
"L'avantage de notre scénario est que la masse du trou
noir germe peut être élevée car elle est produite par l'effondrement d'un halo
de matière noire", a déclaré Yu. « Ainsi, il peut devenir un trou noir
supermassif dans un délai relativement court. »
Ce nouveau travail est nouveau en ce sens que les chercheurs
identifient l'importance des baryons - des particules atomiques et moléculaires
ordinaires - pour que cette idée fonctionne.
"Tout d'abord, nous montrons que la présence de baryons,
tels que le gaz et les étoiles, peut accélérer considérablement le début de
l'effondrement gravothermique d'un halo et qu'un trou noir pourrait être créé
suffisamment tôt", a déclaré Wei-Xiang Feng, étudiant diplômé de Yu. et un
co-auteur sur le papier. "Deuxièmement, nous montrons que les auto-interactions
peuvent induire une viscosité qui dissipe le reste de moment angulaire du halo
central. Troisièmement, nous développons une méthode pour examiner la condition
de déclenchement de l'instabilité relativiste générale du halo effondré, ce qui
garantit qu'un trou noir pourrait forme si la condition est remplie.
Au cours de la dernière décennie, Yu a exploré de nouvelles
prédictions sur les auto-interactions de la matière noire et leurs conséquences
observationnelles. Ses travaux ont montré que la matière noire à interaction
automatique peut fournir une bonne explication du mouvement observé des étoiles
et du gaz dans les galaxies.
"Dans de nombreuses galaxies, les étoiles et le gaz
dominent leurs régions centrales", a-t-il déclaré. "Ainsi, il est naturel
de se demander comment la présence de cette matière baryonique affecte le
processus d'effondrement. Nous montrons que cela accélérera le début de
l'effondrement. Cette caractéristique est exactement ce dont nous avons besoin
pour expliquer l'origine S si précoce des
trous noirs supermassifs dans l'univers primitif. Les auto-interactions
conduisent également à une viscosité qui peut dissiper le moment angulaire du
halo central et aider davantage le processus d'effondrement. "
Le document de recherche est intitulé « Semer des trous
noirs supermassifs avec de la matière noire à interaction automatique : un
scénario unifié avec des baryons ».
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Explore further
New study suggests
supermassive black holes could form from dark matter
More information: Wei-Xiang
Feng et al, Seeding Supermassive Black Holes with Self-interacting Dark Matter:
A Unified Scenario with Baryons, The Astrophysical Journal Letters (2021). DOI:
10.3847/2041-8213/ac04b0
Journal information:
Astrophysical Journal Letters
Provided by University of
California – Riverside
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Mon commentaire
Autant les auteurs de ma traduction précédant remettaient en question l’existence de la matière
noire , autant les auteurs de cette
communication-ci n’ en doutent pas un
instant !!!
Je rappelle d’ abord que la datation des trous noirs
supermassifs est d’autant plus
incertaine que l’ on cherche à remonter dans le temps de vie de l’ univers …Et
faire l’ hypothèse que peu après la
sortie des 380000 ans d’’ages obscurs’’
post bigbang il ait existé déjà
des nuages de matière noire est une allégation ,nullement basée sur une
observation quelconque !!! A partir
de là construire des scénarios d’effondrement de telles masses noires et jouer avec la thermicité et la ppression d’une particule dont on
ignore le statut quantique (la fonction d’onde) et la fonction thermodynamique d état macroscopique (p ,v .T etc) relève selon moi presque de la science-fiction
pseudo mathématique !!!! ( publish or perish !!)
