Les astronomes qui étudiaient les mouvements des galaxies et le caractère du rayonnement de fond diffus cosmologique se sont rendu compte au siècle dernier que la majeure partie de la matière de l'univers n'était pas visible. Environ 84 pour cent de la matière dans le cosmos est de la matière noire, une grande partie est située dans des halos autour des galaxies. Elle a été surnommée matière noire car elle n'émet pas de lumière, mais il est aussi mystérieux :il n'est pas composé d'atomes ou de leurs constituants habituels comme les électrons et les protons.

Pendant ce temps, les astronomes ont observé les effets des trous noirs et ont même récemment détecté des ondes gravitationnelles à partir d'une paire de trous noirs fusionnant. Les trous noirs se forment généralement lors de la mort explosive d'étoiles massives, un processus qui peut prendre plusieurs centaines de millions d'années lorsqu'une étoile fusionne à partir du gaz ambiant, évolue et meurt finalement. Certains trous noirs sont supposés exister dans l'univers primitif, mais il n'y a probablement pas assez de temps dans l'univers primitif pour que le processus de formation normal se produise. Des méthodes alternatives ont été proposées, comme l'effondrement direct du gaz primordial ou des processus associés à l'inflation cosmique, et beaucoup de ces trous noirs primordiaux auraient pu être créés.

L'astronome du CfA, Qirong Zhu, a dirigé un groupe de quatre scientifiques étudiant la possibilité que la matière noire d'aujourd'hui soit composée de trous noirs primordiaux, suivi des suggestions déjà publiées. Si les halos des galaxies sont constitués de trous noirs, ils devraient avoir une distribution de densité différente de celle des halos constitués de particules exotiques. Il existe également d'autres différences :les halos de trous noirs devraient se former plus tôt dans l'évolution d'une galaxie que d'autres types de halos.

Les scientifiques suggèrent que regarder les étoiles dans les halos de faibles galaxies naines peut sonder ces effets car les galaxies naines sont petites et faibles (elles brillent avec quelques milliers de luminosités solaires) où de légers effets peuvent être plus facilement détectés.

L'équipe a effectué une série de simulations informatiques pour tester si les halos de galaxies naines pouvaient révéler la présence de trous noirs primordiaux, et ils constatent qu'ils pourraient :les interactions entre les étoiles et les trous noirs du halo primitif devraient légèrement modifier les tailles des distributions stellaires.

Les astronomes concluent également que de tels trous noirs devraient avoir des masses comprises entre environ deux et quatorze masses solaires, juste dans la fourchette attendue pour ces objets exotiques (bien que plus petits que les trous noirs récemment repérés par les détecteurs d'ondes gravitationnelles) et comparable aux conclusions d'autres études.

L'équipe souligne, cependant, que tous les modèles ne sont toujours pas concluants et que la nature de la matière noire reste insaisissable.