Le télescope spatial James-Webb a récemment identifié le plus vieux trou noir jamais observé. Ce monstre cosmique, d’une masse équivalente à 1,6 million de fois celle du Soleil, a été repéré à une distance de 13 milliards d’années-lumière, plongeant dans les profondeurs du passé du cosmos.
Les troubles de la naissance
Au cœur de la galaxie naissante GN-z11, James-Webb a repéré ce trou noir supermassif seulement 440 millions d’années après le Big Bang, durant une période connue sous le nom d’aube cosmique. Il existe de nombreux trous noirs qui se sont gavés à des échelles effrayantes lors de l’aube cosmique, qui s’est produite environ 100 millions d’années après le Big Bang.
On ne sait pas exactement comment les tourbillons cosmiques se sont développés si rapidement après la naissance du cosmos. Mais trouver la solution permettrait d’expliquer comment les trous noirs supermassifs actuels, qui soutiennent des galaxies entières, dont la Voie lactée, ont atteint des proportions aussi énormes.
Contrairement aux trous noirs contemporains, nés de l’effondrement d’étoiles géantes, les premiers trous noirs ont connu une croissance turbulente et rapide. L’auteur principal Roberto Maiolino, professeur d’astrophysique à l’université de Cambridge, souligne que leur formation et leur expansion exigent des conditions particulières.
La quête des origines
Les trous noirs se développent en consommant continuellement du gaz, de la poussière, des étoiles et d’autres trous noirs. Un noyau galactique actif (AGN) est créé lorsque la matière qui s’engouffre dans la bouche du trou noir est chauffée par la friction pendant qu’elle se nourrit. Cette lumière est visible à l’aide de télescopes. Les trous noirs supermassifs connus sous le nom de quasars, qui sont des milliards de fois plus lourds que le Soleil et qui libèrent leurs cocons gazeux dans des éclats brillants des billions de fois plus lumineux que les étoiles les plus brillantes, sont les AGN les plus extrêmes.
Étant donné que la lumière se déplace dans l’espace à une vitesse constante, les scientifiques peuvent détecter de la lumière lorsqu’ils explorent le cosmos. Dans la dernière étude, les scientifiques ont utilisé deux caméras infrarouges, telles que l’instrument pour l’infrarouge moyen (MIRI) et la caméra pour l’infrarouge proche du JWST pour scanner le ciel à la recherche du trou noir.
En scrutant les fréquences lumineuses des premières années de l’Univers, les astronomes ont détecté des signaux inattendus, révélant la présence de matière chaude émettant de faibles traces de lumière à travers l’espace. Les chercheurs ont publié leurs résultats plus tôt cette année sur la base de données de prépublication arXiv, mais la recherche n’a pas encore été évaluée par des pairs.
Les scénarios énigmatiques
L’enquête se poursuit pour percer les mystères entourant la formation rapide des premiers trous noirs. L’une des hypothèses les plus populaires est que ce trou noir supermassif s’est formé à partir de l’effondrement direct d’un nuage de gaz géant. Ce scénario nécessite des conditions particulières, comme un nuage de gaz, encore enrichi par des éléments lourds produits par les premières étoiles, et qui soit assez massif, de 10 000 à un million de masses solaires. Il faut aussi que ce nuage soit irradié par de la lumière ultraviolette, probablement provenant d’une galaxie ou d’un trou noir voisin, pour l’empêcher de se refroidir trop rapidement et de s’effondrer en étoiles massives d’abord.
Une autre hypothèse est que ce trou noir supermassif provient de nombreuses fusions entre des amas d’étoiles et de trous noirs. Ce scénario implique que les premières étoiles étaient très massives, de plusieurs centaines de masses solaires, et qu’elles se sont effondrées en trous noirs après avoir brûlé leur combustible. Ces trous noirs se sont ensuite regroupés et ont fusionné entre eux, formant des trous noirs de plus en plus gros.
Une troisième hypothèse est que ce trou noir supermassif a été semé par un trou noir “primordial”, c’est-à-dire un trou noir qui aurait été créé quelques instants après, ou même avant, le début de l’Univers. Selon M. Maiolino, nous sommes donc à la recherche de deux ou plusieurs scénarios plutôt que d’un seul.
