Un trou noir vorace dévore de la matière à une vitesse 40 fois au-delà de la limite théorique

Une découverte éclaire un mystère de l’Univers primitif : un trou noir supermassif, localisé au cœur d’une galaxie nommée LID-568, absorbe de la matière à une vitesse stupéfiante. Ce trou noir, observé tel qu’il était 1,5 milliard d’années après le Big Bang, engloutit des objets à un rythme 40 fois supérieur à ce que la théorie permet, brisant ainsi la limite d’Eddington. Cette révélation pourrait offrir des indices cruciaux pour comprendre comment ces monstres cosmiques ont atteint des tailles phénoménales si tôt dans l’histoire de l’Univers. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans Nature Astronomy.

Comprendre la limite d’Eddington et ses défis

La limite d’Eddington régit le processus d’accrétion des trous noirs, déterminant le seuil maximal au-delà duquel la matière ne peut plus s’accumuler. Lorsqu’un trou noir attire de la matière, celle-ci forme un disque en spirale avant de franchir l’horizon des événements. Ce disque d’accrétion émet une lumière intense, générée par la chaleur et la friction extrêmes.

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Cette lumière exerce une pression radiante, qui peut contrer l’attraction gravitationnelle du trou noir. Si cette pression dépasse la gravité, la matière est repoussée, freinant la croissance du trou noir. Cependant, dans des cas extrêmes, il est possible de dépasser temporairement cette limite grâce à un phénomène appelé « accrétion super-Eddington ». 

Le trou noir peut alors accumuler des quantités massives de matière sur une courte période avant que la pression radiante ne rétablisse l’équilibre. Ce mécanisme est l’une des hypothèses avancées pour expliquer comment les trous noirs supermassifs ont pu atteindre des tailles colossales peu après le Big Bang.

Une découverte extraordinaire grâce au télescope JWST

L’étude menée par Hyewon Suh et son équipe du NOIRLab de la NSF, en collaboration avec l’observatoire Gemini, a mis en lumière ce phénomène grâce au télescope spatial James-Webb (JWST). Les chercheurs ont ciblé des galaxies identifiées comme émettant des rayons X intenses par l’observatoire Chandra, mais faibles dans d’autres longueurs d’onde. 

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Lorsqu’ils se sont penchés sur LID-568, ils ont découvert une galaxie distante et peu lumineuse, mais qui cachait un trésor : un trou noir engloutissant de la matière à une cadence frénétique. En analysant les données collectées par l’instrument NIRSpec du JWST, les chercheurs ont confirmé la distance de la galaxie et mesuré des flux puissants émanant du trou noir. 

Ces écoulements, signatures de l’accrétion rapide, montrent qu’une partie de la matière est projetée dans l’espace au lieu de tomber directement dans le trou noir. Ce dernier, bien qu’il ne pèse « que » 7,2 millions de fois la masse du Soleil – une taille modeste pour un trou noir supermassif –, consomme à un rythme défiant toute logique théorique.

Une rare fenêtre sur l’accrétion super-Eddington

Le taux d’accrétion observé, 40 fois supérieur à la limite d’Eddington, reflète une période exceptionnelle et transitoire dans la vie du trou noir. Ces épisodes d’alimentation rapide sont généralement très brefs, ce qui rend cette observation particulièrement précieuse. Les scientifiques ont eu la chance de capturer ce moment critique, offrant une occasion unique d’étudier en détail les mécanismes derrière ces phénomènes.

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Cette découverte fait de LID-568 une cible de choix pour de futures recherches sur les trous noirs. Elle ouvre également des perspectives pour comprendre comment ces géants se forment. Certaines théories suggèrent que les premiers trous noirs n’ont pas émergé de l’effondrement d’étoiles, comme c’est le cas aujourd’hui, mais plutôt de l’effondrement direct d’immenses nuages de gaz ou d’étoiles massives. Ces « graines lourdes » auraient alors bénéficié de mécanismes tels que l’accrétion super-Eddington pour croître rapidement.

Cette étude apporte une pièce essentielle au puzzle de l’évolution des trous noirs dans les premières étapes de l’Univers. Selon Suh, ces phases de croissance rapide pourraient représenter une part significative de l’accumulation de masse des trous noirs, qu’ils proviennent d’une graine légère ou lourde. Ce mécanisme permettrait de combler l’écart entre les modèles théoriques et les observations. Par ailleurs, Phoenix, cette planète qui défie les lois de la physique, intrigue les astronomes.