Des chercheurs trouvent enfin une explication aux trous noirs « impossibles »

Les trous noirs supermassifs, ces mystérieux géants situés au cœur des galaxies, sont des objets qui suscitent un grand nombre de questions parmi les astronomes. Leur taille imposante et leur présence dans les premiers stades de l’Univers intriguent depuis longtemps les scientifiques. Une récente étude propose que ces trous noirs pourraient avoir émergé sous forme de petites « graines » primordiales, bien avant la formation des premières étoiles et galaxies. 

Les trous noirs supermassifs

Les trous noirs supermassifs sont présents dans presque toutes les grandes galaxies, y compris la nôtre, la Voie lactée. Leur masse peut aller de quelques centaines de milliers de fois la masse du Soleil à plusieurs milliards de fois cette même masse. Ce qui est particulièrement surprenant, c’est leur existence dans l’Univers primordial, à une époque où les premières étoiles n’étaient même pas encore formées. Les premières observations du télescope James-Webb (JWST) ont révélé la présence de ces objets colossaux dans les premiers âges de l’Univers, seulement quelques centaines de millions d’années après le Big Bang, à une époque où les galaxies commençaient tout juste à se structurer.

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Mais comment ces trous noirs ont-ils pu se former aussi tôt dans l’histoire de l’Univers ? La théorie actuellement acceptée repose sur l’idée que les trous noirs supermassifs résultent de l’effondrement de grandes étoiles qui, après avoir vécu, laissent derrière elles des singularités massives une fois mortes. Ces trous noirs se forment ensuite progressivement à travers la fusion d’autres trous noirs et l’accrétion de matière environnante. Ce processus, qui prend des milliards d’années, semble incompatible avec l’apparition soudaine et rapide de ces trous noirs géants observés par le JWST.

Dans un article soumis dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, une hypothèse suggère que ces trous noirs pourraient avoir pris naissance dans l’Univers primordial, dès les premiers instants du Big Bang, sous forme de petites « graines » primordiales.

La naissance des trous noirs primordiaux

Les trous noirs supermassifs pourraient avoir vu le jour dans les premiers instants du Big Bang, non pas à partir de l’effondrement d’étoiles, mais à partir de fluctuations de densité extrêmement élevées dans l’Univers primordial. Ce modèle, déjà suggéré par Stephen Hawking dans les années 1970, envisage que l’Univers ait pu produire des trous noirs de très petite taille dans ses premiers instants, en raison des conditions extrêmes qui régnaient alors. Ces trous noirs, appelés « trous noirs primordiaux », seraient le résultat de la matière et de l’énergie comprimées à des densités incroyablement élevées.

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Selon Hawking, ces trous noirs primordiaux ne se formeraient pas à partir de l’effondrement d’étoiles, mais directement des fluctuations chaotiques dans l’espace-temps. Ils pourraient être aussi petits que des astéroïdes et disparaîtraient progressivement sous l’influence du rayonnement dit de Hawking. Malgré des décennies de recherche, aucune preuve de leur existence n’a été trouvée jusqu’à présent. 

La croissance rapide des trous noirs primordiaux

Comment pourraient-ils atteindre la taille supermassive observée dans les premières galaxies ? Selon les chercheurs, même une petite fraction de ces trous noirs primordiaux pourrait avoir connu une croissance phénoménale en seulement 100 millions d’années, une période relativement courte sur l’échelle cosmique. Cela serait possible si ces trous noirs se trouvaient dans des régions particulièrement denses de l’Univers, où ils auraient pu accumuler rapidement de la matière. Ces objets pourraient ainsi avoir grandi assez rapidement pour atteindre la taille observée par le JWST.

Une telle croissance pourrait être comparable à celle des trous noirs supermassifs que l’on observe dans les centres des galaxies, mais avec un développement beaucoup plus précoce. Ces trous noirs auraient été présents dès l’« âge sombre » de l’Univers, une époque où aucune étoile n’éclairait encore l’Univers, mais où des trous noirs massifs pouvaient déjà commencer à prendre forme. Si cette hypothèse est correcte, cela signifierait que ces objets colossaux n’auraient pas attendu la formation des premières étoiles pour se développer, mais qu’ils auraient évolué parallèlement à la naissance des galaxies.

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Bien que cette théorie des trous noirs primordiaux soit intrigante, elle reste pour l’instant une hypothèse. Pour la tester, les chercheurs travaillent sur des simulations de l’évolution de l’Univers primordial, en intégrant les effets de la formation de trous noirs primordiaux et en analysant comment ces derniers pourraient interagir avec les premières galaxies et étoiles. Ces simulations permettront de comparer les modèles théoriques avec les données réelles obtenues par James-Webb. Par ailleurs, James-Webb observe de mystérieuses structures au-dessus de la Grande Tache rouge de Jupiter.