Le télescope James Webb a probablement détecté des objets de l’aube de l’Univers, illuminés par l’annihilation de la matière noire plutôt que par la fusion nucléaire !

Les étoiles sombres sont des objets hypothétiques qui auraient pu se former environ 200 millions d’années après le Big Bang. Contrairement aux étoiles classiques, alimentées par la fusion nucléaire, elles se nourriraient de l’annihilation des particules de matière noire. Composées uniquement d’hydrogène et d’hélium, elles ne s’échauffent que très peu— avec une température de surface comparable à celle du Soleil— mais, grâce à leur immense taille, pourraient atteindre des masses allant jusqu’à un million de fois celle du Soleil et une luminosité d’un milliard de fois celle de notre étoile. Une unique étoile sombre provenant de l’univers primitif pourrait briller avec l’intensité d’une galaxie entière peuplée d’étoiles ordinaires.

Le mécanisme de formation des étoiles sombres a été expliqué par la professeure Katherine Freese, directrice de l’institut Weinberg de physique théorique à l’Université du Texas à Austin. Elle décrit que les premières étoiles se développaient dans un environnement riche en matière noire, au cœur des premières protogalaxies. Des nuages d’hydrogène se sont effondrés dans un vaste réservoir de matière noire, entraînant une chaîne de réactions qui convertissait les particules de matière noire en photons. Ces photons, piégés dans le gaz en effondrement, transmettaient une énergie qui permettait la formation des étoiles. Ainsi, l’étoile elle-même ne contiendrait que 0,1% de matière noire : le terme « étoile sombre » fait référence à la source d’énergie plutôt qu’à la composition de l’étoile.

Les étoiles sombres pourraient vivre durant des millions, voire des milliards d’années tant qu’elles se trouvent dans un environnement riche en matière noire. Si elles en sortent, elles commencent à s’effondrer. Les étoiles sombres compactes pourraient initier la fusion nucléaire, tandis que les plus grandes, pesant autour d’un million de masses solaires, pourraient s’effondrer en trous noirs. Cela pourrait expliquer la présence de trous noirs supermassifs identifiés dans l’univers primitif : des « graines » issues de l’effondrement des étoiles sombres auraient pu fusionner en objets d’une masse d’un milliard de fois celle du Soleil plus rapidement que les scénarios basés sur des étoiles ordinaires ne le permettraient.

Pour l’heure, le télescope spatial James Webb (JWST) a détecté environ 700 objets potentiels remontant à l’époque de la naissance des étoiles, mais les spectres n’ont été mesurés que pour neuf d’entre eux, dont cinq ont été minutieusement analysés et sont accessibles au public. Un de ces objets a été clairement identifié comme une galaxie ancienne, avec des lignes spectrales révélant plusieurs éléments. Trois autres candidats pourraient représenter soit des étoiles sombres, soit des galaxies, bien que la qualité des données actuelle ne soit pas suffisante pour statuer. Un des critères déterminants serait l’absence, dans le spectre d’une étoile sombre, de lignes correspondant à des éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium. Des recherches supplémentaires seront menées via le phénomène de lentille gravitationnelle, où la masse sur la ligne de vue renforce et amplifie les sources distantes.