Certains trous noirs seraient capables de former de l'or, dans le disque de matière en orbite autour d'eux. Une équipe de scientifiques a réalisé des simulations et conclu que la masse du disque serait déterminante pour créer des éléments chimiques lourds.

L’origine des éléments chimiques lourds dans notre Univers, comme l’or ou l’uranium, n’est pas bien comprise. Les trous noirs, ces régions de l’espace accumulant une immense quantité de matière, pourraient contribuer à la création de l’or, estime une équipe de scientifiques dans une étude de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, présentée le 15 novembre 2021 par le Centre de recherche sur les ions lourds (GSI) en Allemagne.

De l’or formé dans « les disques refroidis par les neutrinos » ?

Les auteurs s’intéressent à la matière accumulée par certains trous noirs sur leur orbite, qui forme ce qu’on appelle un disque d’accrétion. Dit autrement, il rassemble la matière qui est attirée vers le trou noir. « Les disques refroidis par les neutrinos sont probablement d’importants sites de production d’éléments lourds, mais notre compréhension détaillée de l’éjecta et de sa sensibilité par rapport à la physique du traitement des neutrinos est encore incomplète », peut-on lire dans un brouillon de l’étude accessible intégralement en ligne. Les neutrinos sont des particules élémentaires, créées lors du Big Bang, de très faible masse.

Le disque d’accrétion entourant un trou noir pourrait favoriser la création d’éléments lourds, comme l’or. // Source : Nino Barbey pour Numerama

Comme l’explique le communiqué du GSI, un nombre important de neutrons (particules élémentaires neutres électriquement, présentes dans le noyau des atomes, avec les protons) est une condition de la synthèse des éléments lourds. Et les neutrinos y jouent un rôle, car ils servent à faire la conversion entre les protons et les neutrons.

Dans cette étude, les scientifiques ont voulu mieux cerner les « effets d’émission et d’absorption des neutrinos au cours de l’évolution à long terme d’un disque » en orbite autour d’un trou noir. Ils ont donc mené des simulations informatiques, en observant quel était l’impact s’ils incluaient ou non l’absorption de ces neutrinos, et en faisant également varier des paramètres comme la masse du disque ou celle du trou noir.

La masse du disque, le facteur déterminant

Résultat : d’après la simulation, le facteur déterminant est la masse du disque. Il doit avoir une masse optimale pour produire des éléments lourds : de 0,01 à 0,1 masse solaire (soit d’un centième à un dixième de la masse du Soleil, qui est égale à 1 989 100 000 000 000 000 000 000 000 000 kg). Des disques d’accrétion ayant ces masses pourraient donc effectivement produire une partie des éléments lourds, comme l’or. Encore reste-t-il à savoir à quelle fréquence de tels disques ont effectivement pu se former.

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