Une nouvelle étude théorique a proposé un nouveau mécanisme pour la création de trous noirs supermassifs à partir de matière noire. L'équipe internationale constate que plutôt que les scénarios de formation conventionnels impliquant de la matière « normale », Les trous noirs supermassifs pourraient à la place se former directement à partir de la matière noire dans les régions à haute densité au centre des galaxies. Le résultat a des implications clés pour la cosmologie dans l'Univers primordial, et est publié dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .

La manière exacte dont les trous noirs supermassifs se sont initialement formés est l'un des plus gros problèmes dans l'étude de l'évolution des galaxies aujourd'hui. Des trous noirs supermassifs ont été observés dès 800 millions d'années après le Big Bang, et comment ils ont pu grandir si rapidement reste inexpliqué.

Les modèles de formation standard impliquent la matière baryonique normale - les atomes et les éléments qui composent les étoiles, planètes, et tous les objets visibles - s'effondrant sous l'effet de la gravité pour former des trous noirs, qui grandissent ensuite avec le temps. Cependant, les nouveaux travaux étudient l'existence potentielle de noyaux galactiques stables constitués de matière noire, et entouré d'un halo de matière noire diluée, constatant que les centres de ces structures pourraient devenir si concentrés qu'ils pourraient également s'effondrer en trous noirs supermassifs une fois qu'un seuil critique est atteint.

Selon le modèle, cela aurait pu se produire beaucoup plus rapidement que d'autres mécanismes de formation proposés, et aurait permis aux trous noirs supermassifs de l'Univers primitif de se former avant les galaxies qu'ils habitent, contrairement à la compréhension actuelle.

Carlos R. Argüelles, le chercheur de l'Universidad Nacional de La Plata et de l'ICRANet qui a dirigé l'enquête commente :« Ce nouveau scénario de formation peut offrir une explication naturelle à la façon dont les trous noirs supermassifs se sont formés au début de l'Univers, sans nécessiter la formation préalable d'étoiles ou avoir besoin d'invoquer des trous noirs avec des taux d'accrétion irréalistes."

Une autre conséquence intrigante du nouveau modèle est que la masse critique pour l'effondrement dans un trou noir pourrait ne pas être atteinte pour les plus petits halos de matière noire, par exemple celles entourant certaines galaxies naines. Les auteurs suggèrent que cela pourrait alors laisser des galaxies naines plus petites avec un noyau central de matière noire plutôt que le trou noir attendu. Un tel noyau de matière noire pourrait encore imiter les signatures gravitationnelles d'un trou noir central conventionnel, tandis que le halo externe de matière noire pourrait également expliquer les courbes de rotation des galaxies observées.

"Ce modèle montre comment les halos de matière noire pourraient abriter des concentrations denses en leurs centres, qui peut jouer un rôle crucial pour aider à comprendre la formation des trous noirs supermassifs, " ajouta Argüelles.

"Ici, nous avons prouvé pour la première fois que de telles distributions de matière noire cœur-halo peuvent effectivement se former dans un cadre cosmologique, et restent stables pour la durée de vie de l'Univers."

Les auteurs espèrent que d'autres études permettront de mieux comprendre la formation de trous noirs supermassifs dans les tout premiers jours de notre Univers, ainsi que d'étudier si les centres des galaxies non actives, y compris notre propre Voie Lactée, peuvent héberger ces noyaux denses de matière noire.