Les quasi-étoiles : des trous noirs au cœur de géantes express
Dans l'Univers primordial, les amas d'étoiles étaient si denses que des colosses de la taille du Système solaire s'y formaient. Si un tel géant remplaçait le Soleil, ses limites s'étendraient jusqu'à Jupiter. Ces étoiles avalaient parfois de petits trous noirs. Le trou noir s'enfonçait dans les entrailles de l'étoile et commençait à croître, transformant l'astre en une lueur fantomatique – une quasi-étoile. Voici le paradoxe inattendu : une quasi-étoile pèse autant que dix mille Soleils, mais ses couches externes sont si ténues qu'elle en devient presque transparente.
Ce fantôme cosmique peut vivre des centaines de milliers d'années, pendant que le trou noir en son sein accumule une masse colossale. Ces objets rares expliquent les mystérieux points rouges que le télescope James Webb a repérés dans de lointaines galaxies. Si plusieurs trous noirs s'introduisent dans une même étoile, leur fusion génère des ondes gravitationnelles – des frissons de l'espace-temps captés par les détecteurs terrestres. Ainsi, la lumière ancienne des étoiles fantômes révèle les secrets de la naissance des trous noirs supermassifs.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2604.22924
Numerical simulations have established that star clusters with densities comparable to the high redshift ($$z>6$$-$$10$$) James Webb Space Telescope (JWST) proto globular clusters may build up extremely massive (EMSs; $$m_\mathrm{\star}>1000 M_\odot$$) or even supermassive stars (SMSs; $$m_\mathrm{\star}>10000 M_\odot$$) and potentially intermediate mass black holes (IMBHs) through runaway stellar collisions. Using direct simulations of assembling star clusters including post-Newtonian black hole dynamics and stellar evolution, we demonstrate that in such dense environments ($$\Sigma_\mathrm{h} \gtrsim 10^6 M_\odot$$pc$$^\mathrm{-2}$$) stellar BHs ($$m_\bullet \lesssim 60 M_\odot$$), driven by rapid mass segregation and relaxation effects within the sphere of influence of the EMSs/SMSs, may strongly interact with the extremely massive stars and become embedded within their gaseous layers. We suggest that this quasi-star (QS) like embedded BH phase is a natural outcome of the runaway formation of EMSs/SMSs in the densest star clusters. The QS phase is orders of magnitude longer in duration than the lifetime of the SMS, enabling an extended growth period by stellar collisions, and allows the formation of embedded gravitational wave sources if the QS captures more than a single stellar BH. The star cluster assembly region sizes ($$\sim100$$ pc), QS masses ($$\gtrsim 10^4 M_\odot$$) and their proximity to young, massive blue star forming clumps are consistent with the faint population of multiple little red dots (LRDs) recently discovered by the JWST.
Une quasi-étoile pèse autant que 10 000 Soleils, mais ses couches externes sont si ténues qu'elle est presque transparente — un véritable fantôme cosmique.