Au centre de presque chaque grande galaxie se cache quelque chose de supermassif et de sombre. Le plus souvent, on pense qu'il s'agit d'un trou noir – une région où la gravité est si forte que même la lumière ne peut s'en échapper. Mais et si, là, il n'y avait pas un trou noir, mais une sphère dense de particules ultra-légères – une étoile bosonique ? De tels objets n'ont pas encore été découverts, mais on peut calculer leurs propriétés et comprendre comment les distinguer des trous noirs par le comportement du gaz environnant.

Le gaz qui tombe sur un objet central massif s'enroule en un disque semblable à un épais beignet cosmique. Les auteurs de ces nouveaux travaux ont calculé la forme de tels beignets pour des étoiles bosoniques dans différentes théories de la gravité. Il s'avère que si une étoile bosonique passe dans un état particulier « scalarisé » – lorsque le champ en son sein s'intensifie – l'espace autour d'elle change si fortement que le disque peut exister jusqu'au centre même. En relativité générale ordinaire, un trou noir possède une dernière orbite stable : en deçà, le gaz tombe inévitablement vers l'intérieur. Ici, une telle limite n'existe pas.

Un tel disque dédoublé n'est pas qu'une simple curiosité mathématique. Si les astronomes observent un jour au centre d'une galaxie un nuage de gaz très compact, presque sphérique, ou une structure à double anneau, cela pourrait être la première preuve indirecte de l'existence d'une étoile bosonique au lieu d'un trou noir. En attendant, ces calculs fournissent des repères clairs pour les futures observations.