Un trou noir pesant seulement quelques dizaines de tonnes pourrait survivre et grandir au cœur d’une étoile.
Une étude décrit ce qui pourrait se produire dans certaines étoiles très denses, comme les étoiles à neutrons et les naines blanches. Ces astres pourraient capturer au fil du temps des particules de matière noire, cette matière invisible dont la nature reste inconnue.
Dans le scénario étudié, ces particules seraient extrêmement lourdes et ne s’élimineraient pas facilement entre elles. Elles pourraient donc s’accumuler près du centre de l’étoile. Si leur concentration devenait suffisante, leur propre gravité finirait par les rassembler jusqu’à former un minuscule trou noir au sein de l’astre.
Ce trou noir aurait alors deux destins possibles. Il pourrait gagner de la masse en absorbant la matière très dense qui l’entoure et de nouvelles particules de matière noire. Mais il en perdrait aussi par le rayonnement de Hawking. Ce phénomène prévu par la physique quantique fait progressivement perdre de l’énergie aux trous noirs, et agit d’autant plus vite qu’ils sont légers.
On pourrait donc penser qu’un trou noir aussi petit disparaîtrait presque aussitôt. Pourtant, les calculs de H. A. Adarsha, Chandrachur Chakraborty et Sudip Bhattacharyya prennent en compte simultanément ces gains et ces pertes. Lorsque l’apport de matière dépasse l’évaporation, le trou noir peut continuer à grossir au lieu de disparaître.
La matière noire change fortement le seuil. Sans apport continu de celle-ci, la masse nécessaire pour maintenir la croissance peut atteindre environ 10 milliards de kilogrammes dans certains cas étudiés. Dans une région de la Voie lactée riche en matière noire, les calculs descendent jusqu’à environ 40 000 kg pour un trou noir formé dans une naine blanche. C’est approximativement la masse d’un poids lourd chargé.
Cette valeur ne s’applique donc pas à n’importe quelle étoile. Dans une naine blanche située dans le disque galactique, où se trouve le Système solaire, le seuil calculé atteint plutôt 10 millions de kilogrammes. Pour une étoile à neutrons placée dans la région centrale de la Galaxie, il se situe autour de 600 000 kg. La quantité de matière noire disponible autour de l’astre joue ainsi un rôle majeur.
Si le trou noir franchit ce seuil et continue à grossir, il pourrait finir par absorber son étoile hôte. Cette possibilité offre surtout une manière indirecte de rechercher la matière noire. Des pulsars très anciens et des naines blanches existent encore aujourd’hui. Certaines formes de matière noire capables de les détruire trop rapidement deviennent donc moins plausibles.
Les auteurs utilisent cette longévité pour tester des particules de matière noire extrêmement lourdes et la fréquence à laquelle elles pourraient interagir avec la matière ordinaire. Le modèle reste toutefois dépendant de l’environnement de chaque étoile. Les chercheurs indiquent notamment que sa rotation et son champ magnétique pourraient modifier les résultats et devront être mieux intégrés aux futurs calculs.