Bien que notre système solaire et le mouvement de ses planètes semblent relativement calmes, il y a beaucoup de choses qui pourraient bouleverser l'équilibre. Tout ce qui avec une masse suffisante qui s'est assez rapproché pourrait perturber les orbites planétaires. Cela comprend les trous noirs primordiaux (PBH).
Les PBH sont des trous noirs hypothétiques du début de l'univers. Plutôt que de se former à partir d'étoiles qui s'effondrent, ces objets théoriques se sont formés à partir de l'effondrement gravitationnel de petites poches de matière subatomique extrêmement dense. Cela aurait eu lieu peu de temps après le Big Bang, avant que des étoiles ne brillent.
De nouvelles recherches expliquent comment les PBH pourraient affecter les systèmes d'exoplanet s'ils se rapprochent trop et dans quelle mesure il pourrait être probable. La recherche est disponible sur le arxiv Préimprimée serveur et est intitulé « L'impact potentiel des trous noirs primordiaux sur les systèmes Exoplanet ». Le premier auteur est Garett Brown de Xanadu Quantum Technologies, et les autres auteurs sont de l'Université de Harvard et de l'Université de l'Illinois.
Des trous noirs primordiaux ont été proposés pour la première fois en 1966 et sont purement hypothétiques. Ces derniers temps, certains ont proposé qu'ils puissent expliquer les galaxies massives que la JWST a détectées dans l'univers précoce. Ils pourraient potentiellement être des composants importants de la matière noire, ou même composer entièrement la matière noire.
S'ils existent, ils pourraient être aussi massifs que des astéroïdes aussi petits qu'un atome. Certains pourraient être beaucoup plus massifs, car ils ne sont pas limités à la gamme de masse de trous noirs de masse stellaire. Ils voyagent à grande vitesse, et s'ils sont réels, on se déplace probablement dans le système solaire à tout moment.
« Nous explorons la perspective que s'il y a une population importante de trous noirs primordiaux dans notre galaxie, alors ceux-ci peuvent également avoir un impact sur les orbites des exoplanètes », écrivent les chercheurs. « Plus précisément, dans un cadre simplifié, nous étudions numériquement le nombre de systèmes planétaires pourraient avoir une rencontre étroite avec un PBH et analyser les modifications potentielles des paramètres orbitaux des systèmes qui subissent des flybys PBH. »
Les problèmes à trois corps sont au cœur de cela, les corps étant une star, une planète et un PBH. Dans ce cas, le PBH effectue un survol des deux autres. « De tels flybys échangent de l'énergie avec le système de la planète-star et peuvent perturber l'orbite de la planète », expliquent les chercheurs. « Bien que nous forgerons notre étude en termes de PBH, nos conclusions devraient être robustes pour d'autres objets massifs compacts, car les résultats sont entièrement fixés via leur influence gravitationnelle. »
Nous connaissons plus de 5 000 exoplanètes confirmées, mais des mesures de haute précision et la modélisation de leurs paramètres orbitaux distribués seraient nécessaires pour déduire lesquelles peuvent avoir été affectées par PBH Flybys. Cela dépasse les capacités des astronomes. Mais le sujet est fascinant.
« En mettant de côté les défis des observations et de la modélisation de la formation, il est intéressant de considérer la façon dont les orbites planétaires tardives peuvent être façonnées en raison des interactions entre les systèmes planétaires et des rencontres étroites transitoires avec des corps astrophysiques exotiques massifs qui s'introduisent dans le rayon d'influence de l'étoile parent », écrivent les auteurs. « Ici, nous présentons une première analyse de cette perspective intéressante. »
L'équipe a simulé des rencontres de survol entre un PBH et un système solaire avec une seule étoile et une seule planète. Étant donné que les PBH devraient se déplacer à grande vitesse, ces rencontres sont considérées comme impulsives, tandis qu'une rencontre avec un objet plus lent serait considérée comme adiabatique. Dans une rencontre adiabatique, l'orbite planétaire s'ajusterait progressivement au champ gravitationnel changeant. Lors d'une rencontre impulsive, l'orbite planétaire serait perturbée très soudainement.
Pour tester à quel point l'idée des mouches PBH est plausible, les chercheurs ont estimé le nombre de mouches dans la galaxie et leurs vitesses typiques. Pour ce faire, ils ont basé leur travail sur un système solaire avec une étoile de masse solaire et une planète avec une orbite de type Jupiter en termes de son excentricité et de son axe semi-majeur. « Nous nous concentrons sur le cas que le PBH intrus passe par le système sans être capturé, c'est-à-dire un« mouche »unique», expliquent les chercheurs.
Pour comprendre l'impact que PBH Flybys ont sur ces systèmes de type Jupiter, les chercheurs ont examiné trois questions:
- Étant donné une étoile dans une orbite circulaire autour du centre galactique à une distance donnée, combien de PBH entrent dans le quartier local de l'étoile dans un délai donné?
- Pour un PBH qui entre dans le quartier d'une étoile, quelle est la probabilité que le PBH se rapproche suffisamment de perturber sensiblement les orbites planétaires autour de l'étoile?
- Pour un PBH qui entre dans la région de perturbation de la planète, quel est l'impact statistique sur les paramètres orbitaux?
« En répondant à chacune de ces questions à tour de rôle, nous explorerons si PBH (ou objets similaires) peut avoir un impact significatif sur les orbites des exoplanètes », écrivent les auteurs.
Ils ont constaté que, tout comme les étoiles intrus, les mouches PBH peuvent modifier les orbites des planètes. La fréquence à laquelle cela se produit dépend des masses de PBHS et de leur abondance.
Comme nous ne savons pas si les PBH sont même réels, nous ne savons pas non plus à quel point ils sont abondants, ni à quelle fréquence ils abordent les systèmes solaires. L'équipe a simulé des PBH à différentes distances des systèmes solaires modélisés pour voir ce qui se passerait.
Quelques facteurs limitent le nombre de PBH possibles dans la galaxie. Les enquêtes de microlensage placent certaines contraintes, tout comme l'annihilation potentielle de matière noire. Les chercheurs se sont installés sur 3 × 106 PBHS pour toute la galaxie, soit 3 millions.
La figure ci-dessous montre un nombre cumulatif de mouches PBH en termes d'augmentation de la distance du centre galactique. Les résultats sont en moyenne de plus de 100 000 simulations,
Selon une masse et une vitesse de PBHS, et la vitesse de la planète, les mouches simulées ont modifié l'excentricité de l'orbite de la planète de type Jupiter en différentes quantités.
D'autres résultats sont possibles, mais rares, selon les auteurs. Certains PBH pourraient être capturés et certains systèmes solaires pourraient souffrir de plusieurs mouches. La nature est comme ça.
Malheureusement, il n'y a actuellement aucun moyen de tester ces résultats observationnellement.
« Il est intéressant de déterminer si une population de corps exotiques peut être en mesure d'expliquer des variations ou des anomalies dans les orbites des systèmes planétaires », écrivent Brown et ses co-chercheurs. « En principe, les mesures de précision des paramètres orbitaux d'exoplanet pourraient être utilisées pour déduire ou contraindre les abondances de PBH; cependant, dans la pratique, les grandes incertitudes relatives aux mesures et à la formation planétaire présentent des obstacles importants. »
Il est possible que les capacités futures permettent ces types de mesures, mais c'est une inconnue. Si cela devient possible et que si une meilleure modélisation des paramètres orbitaux d'exoplanet se concrétise, les astronomes peuvent être en mesure de placer des contraintes sur le nombre de PBHS et de mouches.
« Bien que nous ne nous attendons pas à être en mesure d'utiliser des observations d'exoplanet pour placer des contraintes dans un avenir proche, ce travail décrit les principes généraux de la façon dont on pourrait utiliser un futur catalogue de précision des exoplanètes pour découvrir ou contraindre les populations de PBH », concluent les auteurs.
