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 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 !!)