Un trou noir a explosé un jet étonnamment puissant dans l'univers lointain, selon une nouvelle étude de l'observatoire de rayons X de la NASA. Ce jet existe assez tôt dans le cosmos pour qu'il soit illuminé par la lueur restante du Big Bang lui-même.
Les astronomes ont utilisé Chandra et le Karl G. Jansky Très grand tableau (VLA) pour étudier ce trou noir et son jet à une période qu'ils appellent «midi cosmique», qui s'est produit environ 3 milliards d'années après le début de l'univers. Pendant ce temps, la plupart des galaxies et des trous noirs supermassifs augmentaient plus rapidement qu'à tout autre moment de l'histoire de l'univers.
Le graphique ci-dessus est l'illustration d'un artiste montrant du matériel sur un disque qui tombe vers un trou noir supermassif. Un jet s'éloigne du trou noir vers le haut à droite, comme Chandra l'a détecté dans la nouvelle étude.
Le trou noir est situé à 11,6 milliards d'années-lumière de la Terre lorsque le fond micro-ondes cosmique (CMB), les restes du Big Bang, était beaucoup plus dense qu'il ne l'est maintenant. Alors que les électrons dans les Jets s'envolent du trou noir, ils se déplacent à travers la mer du rayonnement CMB et entrent en collision avec des photons micro-ondes. Ces collisions renforcent l'énergie des photons dans la bande de rayons X (violet et blanc), ce qui leur permet d'être détecté par Chandra même à cette grande distance, qui est montrée dans l'encart.
Les chercheurs, en fait, ont identifié puis confirmé l'existence de deux trous noirs différents avec des jets de plus de 300 000 années-lumière. Les deux trous noirs sont de 11,6 milliards et 11,7 milliards d'années-lumière de la Terre, respectivement.
Les particules dans un jet se déplacent entre 95% et 99% de la vitesse de la lumière (appelée J1405 + 0415) et dans l'autre entre 92% et 98% de la vitesse de la lumière (J1610 + 1811). Le jet de J1610 + 1811 est remarquablement puissant, transportant à peu près la moitié d'énergie que la lumière intense du gaz chaud en orbite autour du trou noir.
L'équipe a pu détecter ces jets malgré leurs grandes distances et leur petite séparation des trous noirs supermassifs brillants et croissants – connus sous le nom de « quasars » – parce que la vision des rayons X nette de Chandra, et parce que le CMB était à l'époque beaucoup plus dense que maintenant, améliorant le boost d'énergie décrit ci-dessus.
Lorsque les jets de quasar s'approchent de la vitesse de la lumière, la théorie de la relativité spéciale d'Einstein crée un effet éclaircissant dramatique. Les jets visant vers la Terre semblent beaucoup plus brillants que ceux pointés. Les mêmes luminosité que les astronomes observent peuvent provenir de combinaisons très différentes de vitesse et d'angle de vision. Une course à jet à une vitesse proche mais inclinée loin de nous peut apparaître tout aussi brillant qu'un jet plus lent pointé directement sur la Terre.
Les chercheurs ont développé une nouvelle méthode statistique qui a finalement retiré ce défi de séparer les effets de la vitesse et de l'angle de visualisation. Leur approche reconnaît un biais fondamental: les astronomes sont plus susceptibles de découvrir des jets pointés vers la Terre simplement parce que les effets relativistes les font paraître les plus brillants. Ils ont incorporé ce biais en utilisant une distribution de probabilité modifiée, qui explique comment les jets orientés sur différents angles sont détectés dans les enquêtes.
Leur méthode fonctionne d'abord en utilisant la physique de la façon dont les particules de jet dispersent le CMB pour déterminer la relation entre la vitesse du jet et l'angle de vision. Ensuite, au lieu de supposer que tous les angles sont également probables, ils appliquent l'effet de sélection relativiste: les jets rayés vers nous (angles plus petits) sont surreprésentés dans nos catalogues. En exécutant 10 000 simulations qui correspondent à cette distribution biaisée à leur modèle physique, ils pourraient enfin déterminer les angles de visualisation les plus probables: environ 9 degrés pour J1405 + 0415 et 11 degrés pour J1610 + 1811.
Ces résultats ont été présentés par Jaya Maithil (Centre for Astrophysics | Harvard & Smithsonian) lors de la 246e réunion de l'American Astronomical Society (AAS 2025) à Anchorage, AK, et sont également publiés dans Le journal astrophysique.
