Ce trou noir qui défie la physique en avalant 3 000 soleils par an intrigue les astronomes

La chasse aux trous noirs reste constante et cela a permis de faire une nouvelle découverte étonnante : celle d’un trou noir supermassif dont le taux de croissance dépasse largement la limite théorique. Les astronomes ont en effet eu la surprise de constater que ce trou noir absorbe la matière à un rythme 2,4 fois supérieur à la limite d’Eddington.

Qu’est-ce que la limite d’Eddington ?

Également connue sous le nom de luminosité d’Eddington, la limite d’Eddington est la limite supérieure théorique de la masse d’une étoile ou d’un disque d’accrétion. Autrement dit, il s’agit de la luminosité maximale qu’un corps céleste peut atteindre lorsqu’il y a un équilibre entre la force du rayonnement agissant vers l’extérieur et la force gravitationnelle agissant vers l’intérieur. Ainsi, une fois que la limite d’Eddington est atteinte, la pression extérieure du rayonnement d’un corps céleste est égale à sa force gravitationnelle interne. Cet état d’équilibre est ce qu’on appelle l’équilibre hydrostatique.

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Théoriquement, si une étoile dépasse cette limite, sa luminosité serait si élevée que cela arracherait ses couches externes. Cependant, il existe d’autres corps astronomiques qui présentent des luminosités supérieures à celles fixées par la limite d’Eddington. Dans ce cas, on parle de comportement super-Eddington. Un tel comportement peut notamment être observé au niveau de certains trous noirs. Une équipe dirigée par les chercheurs de l’université Harvard a récemment identifié un trou noir qui dépasse cette limite théorique grâce à l’observatoire de rayons X Chandra de la NASA.

En effet, d’après les résultats de leur étude publiée dans la revue The Astrophysical Journal Letters, le trou noir nommé RACS J0320-35 a une masse plus de deux fois supérieure à la limite d’Eddington, ce qui indique également une croissance dépassant les limites physiques habituelles. Découvert dans l’Univers primordial, ce trou noir, qui est apparu seulement 920 millions d’années après le Big Bang, émet des rayons X record pour son époque. Sa découverte pourrait ainsi expliquer comment certains trous noirs ont atteint des dimensions gigantesques peu après le Big Bang.

Un trou noir au niveau de croissance record

La recherche a commencé avec un objet brillant et lointain observé pour la première fois lors d’une grande étude radio utilisant l’Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP). Des observations de suivi ont confirmé sa distance et révélé qu’il s’agissait d’un quasar, une galaxie alimentée par un trou noir supermassif. Cependant, ce n’est qu’avec les observations de rayons X du télescope spatial Chandra en 2023 que les astronomes ont compris ce qui rendait ce quasar si différent. Il faut savoir que lorsque de la matière tombe dans un trou noir, elle se réchauffe et émet de la lumière, notamment de puissants rayons X.

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Ce processus est normalement limité par la limite d’Eddington. Pourtant, les données ont montré que RACS J0320-35 franchit cette limite cosmique. En fait, le trou noir semble croître à un rythme environ 2,4 fois supérieur à cette limite, ce qui signifie qu’il consomme l’équivalent de 300 à 3 000 soleils de matière chaque année. Il s’agit du rythme le plus rapide jamais observé pour un trou noir au cours du premier milliard d’années de l’Univers. La découverte de ce quasar est importante, dans la mesure où les trous noirs qui respectent la limite d’Eddington naissent avec une masse d’environ 10 000 soleils ou plus pour atteindre un milliard de masses solaires dans le milliard d’années suivant le Big Bang.

Un trou noir d’une masse de naissance aussi élevée que RACS J0320-35 figure ainsi comme une anomalie, et les scientifiques pensent que cela pourrait résulter directement d’un processus étrange : l’effondrement d’un immense nuage de gaz dense contenant des quantités inhabituellement faibles d’éléments plus lourds que l’hélium, des conditions extrêmement rares. Pour l’instant, il ne s’agit que d’une théorie, mais les informations fournies par ce trou noir pourraient ouvrir de nouvelles voies pour expliquer la formation de ces géants cosmiques dans l’Univers primitif. Par ailleurs, ce que les astronomes croyaient être un trou noir s’effondre : un nouvel objet cosmique remet le modèle en question.