Les astronomes élucident le mystère des galaxies à « petits points rouges »

Les observations des débuts de l’Univers grâce au télescope spatial James-Webb (JWST) ont mis en lumière un nouveau mystère. Si ces explorations avaient pour but d’affiner notre compréhension de la formation des galaxies et de l’évolution des trous noirs supermassifs, elles ont également révélé des phénomènes inattendus. Une récente étude publiée en prépublication a examiné de manière approfondie les galaxies, surnommées « Little Red Dot » (ou « petits points rouges »), découvertes dans les premiers instants de l’Univers. Ces recherches, loin de résoudre les questions qu’elles soulèvent, ajoutent encore plus d’intrigues.

Des galaxies qui défient les modèles existants

En captant la lumière infrarouge émise par des galaxies datant d’environ 300 millions d’années après le Big Bang, les chercheurs espéraient percer les secrets de la formation galactique et mieux comprendre la croissance des trous noirs supermassifs. Cependant, ces observations ont révélé des anomalies qui bouleversent nos modèles théoriques. L’une d’entre elles concerne ces mystérieux points rouges lumineux, surnommés « Little Red Dot » (petits points rouges), disséminés dans l’Univers primitif entre 600 et 800 millions d’années après le Big Bang.

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Les premiers indices suggéraient que ces « Little Red Dot » étaient des galaxies de grande taille, ce qui contredit l’idée selon laquelle les galaxies primitives auraient dû être de simples amas de poussière et d’étoiles en croissance progressive. Cette anomalie a été qualifiée de « briseuse d’Univers » par Joel Leja, professeur adjoint d’astronomie et d’astrophysique à Penn State, car elle remet en question les modèles établis de l’évolution cosmique.

Afin de mieux comprendre ces galaxies, des analyses spectrales ont été réalisées pour déterminer leur distance, leur composition et leur masse. Les résultats ont révélé que  malgré leur relative jeunesse en termes cosmiques (600 à 800 millions d’années), ces galaxies semblent abriter des étoiles déjà très anciennes, ayant plusieurs centaines de millions d’années d’existence. Mais le plus grand mystère vient des trous noirs supermassifs qu’elles abritent.

Des trous noirs supermassifs hors normes

Au centre de ces galaxies repose un mystère encore plus grand : la présence de trous noirs supermassifs démesurés. Leur masse, estimée entre 100 et 1 000 fois celle de Sagittarius A* (le trou noir au centre de la Voie lactée), semble disproportionnée par rapport à leur galaxie hôte, selon nos modèles actuels. Si l’on ramenait l’une de ces galaxies à l’échelle de la Voie lactée, son trou noir central serait situé à seulement 26 années-lumière de la Terre et brillerait comme un immense pilier de lumière.

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« Normalement, les trous noirs supermassifs évoluent en tandem avec leur galaxie », explique Leja. « Ils grandissent ensemble et partagent leur évolution. Mais ici, nous avons un trou noir adulte au cœur d’une galaxie qui devrait être encore en phase de développement. Cela n’a pas vraiment de sens avec ce que nous pensions savoir. »

Dans l’Univers actuel, la masse d’un trou noir supermassif correspond à environ 0,01 % de celle de sa galaxie hôte. Or, pour ces « Little Red Dot », cette proportion atteint près de 10 %, un ratio qui défie nos modèles cosmologiques. Selon Jorryt Matthee, scientifique à l’Institute of Science and Technology Austria, si cette estimation se vérifie, cela signifierait que ces trous noirs sont jusqu’à 1 000 fois plus massifs que prévu.

Des théories en quête d’explication

Les astronomes tentent de comprendre comment ces trous noirs ont pu atteindre une telle taille. Plusieurs hypothèses sont avancées : la fusion de trous noirs, la croissance rapide par absorption de matière, ou encore des périodes de « super-alimentation » qui auraient accéléré leur développement. Mais même ces scénarios peinent à expliquer des masses aussi gigantesques.

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Une autre théorie envisage la formation directe de trous noirs dits « à graine lourde ». Contrairement aux trous noirs stellaires classiques, issus de l’effondrement d’étoiles massives, ces trous noirs primordiaux pourraient s’être formés par l’effondrement gravitationnel de vastes nuages de gaz, sans passer par une phase stellaire. Ces « graines » initiales auraient alors une masse comprise entre 10 000 et 100 000 fois celle du Soleil.

Cette dernière hypothèse soulève toutefois des doutes, car un tel nuage de gaz aurait dû s’effondrer sans former d’étoiles, un phénomène difficile à expliquer. Cependant, certains chercheurs suggèrent que des conditions particulières, comme la présence d’étoiles jeunes chauffant le nuage ou des mouvements à vitesse supersonique dans l’Univers primitif, auraient pu empêcher la fragmentation du gaz, facilitant ainsi la formation de ces trous noirs de semence.

Pour l’instant, le mystère des galaxies « Little Red Dot » demeure entier. De nouvelles observations et des modèles théoriques plus avancés seront nécessaires pour comprendre leur nature et leur évolution. Cependant, loin d’être perçue comme une impasse scientifique, cette découverte est porteuse d’espoir. Comme l’affirme Jorryt Matthee : « Plutôt que de voir cette anomalie comme un problème, nous devrions la considérer comme une opportunité d’apprendre quelque chose de totalement nouveau. » Par ailleurs, James-Webb observe de mystérieuses structures au-dessus de la Grande Tache rouge de Jupiter.

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