Grâce au télescope spatial James Webb, des chercheurs ont découvert le plus ancien trou noir connu, remettant en question les théories existantes sur la formation des trous noirs. Cette découverte, considérée comme une avancée significative en astronomie, pourrait conduire à l’identification de trous noirs encore plus anciens et à une meilleure compréhension de leurs origines. Crédit : Issues.fr.com
Les astronomes ont découvert le plus ancien de l’univers trou noir avec le JWST, remettant en question les théories actuelles sur la croissance des trous noirs et ayant potentiellement un impact sur le développement de sa galaxie hôte, GN-z11.
Des chercheurs ont découvert le trou noir le plus ancien jamais observé, datant de l’aube de l’univers, et ont constaté qu’il « mange » à mort sa galaxie hôte.
L’équipe internationale, dirigée par l’Université de Cambridge, a utilisé le Télescope spatial James Webb (JWST) pour détecter le trou noir, qui date de 400 millions d’années après la Big Bang, il y a plus de 13 milliards d’années. Les résultats, qui, selon l’auteur principal, le professeur Roberto Maiolino, constituent « un pas de géant en avant », sont publiés aujourd’hui (17 janvier) dans la revue Nature.
Remettre en question les théories existantes
Le fait que ce trou noir étonnamment massif – quelques millions de fois la masse de notre Soleil – existe même si tôt dans l’univers remet en question nos hypothèses sur la formation et la croissance des trous noirs. Les astronomes pensent que les trous noirs supermassifs trouvés au centre des galaxies comme le voie Lactée ont atteint leur taille actuelle sur des milliards d’années. Mais la taille de ce trou noir récemment découvert suggère qu’ils pourraient se former d’autres manières : ils pourraient être « nés gros » ou ils pourraient manger de la matière à un rythme cinq fois plus élevé que ce que l’on pensait possible.
Formation de trous noirs supermassifs
Selon les modèles standards, les trous noirs supermassifs se forment à partir des restes d’étoiles mortes, qui s’effondrent et peuvent former un trou noir environ cent fois la masse du Soleil. S’il se développait comme prévu, il faudrait environ un milliard d’années à ce trou noir nouvellement détecté pour atteindre sa taille observée. Pourtant, l’univers n’avait pas encore un milliard d’années lorsque ce trou noir a été détecté.
Dans cette illustration, le pare-soleil multicouche du télescope spatial James Webb de la NASA s’étend sous le miroir en nid d’abeille de l’observatoire. Crédit : NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez
« Il est très tôt dans l’univers pour voir un trou noir aussi massif, nous devons donc envisager d’autres façons dont il pourrait se former », a déclaré Maiolino, du laboratoire Cavendish de Cambridge et de l’institut Kavli de cosmologie. « Les toutes premières galaxies étaient extrêmement riches en gaz, elles auraient donc été comme un buffet pour les trous noirs. »
Comme tous les trous noirs, ce jeune trou noir dévore la matière de sa galaxie hôte pour alimenter sa croissance. Pourtant, cet ancien trou noir engloutit la matière beaucoup plus vigoureusement que ses frères et sœurs des époques ultérieures.
L’impact du trou noir sur sa galaxie
La jeune galaxie hôte, appelée GN-z11, brille à partir d’un trou noir très énergétique en son centre. Les trous noirs ne peuvent pas être observés directement, mais ils sont détectés par la lueur révélatrice d’un disque d’accrétion tourbillonnant, qui se forme près des bords d’un trou noir. Le gaz dans le disque d’accrétion devient extrêmement chaud et commence à briller et à rayonner de l’énergie dans la gamme ultraviolette. Cette forte lueur permet aux astronomes de détecter les trous noirs.
GN-z11 est une galaxie compacte, environ cent fois plus petite que la Voie lactée, mais le trou noir nuit probablement à son développement. Lorsque les trous noirs consomment trop de gaz, ils repoussent le gaz comme un vent ultra-rapide. Ce « vent » pourrait arrêter le processus de formation des étoiles, tuant lentement la galaxie, mais il tuerait également le trou noir lui-même, car il couperait également la source de « nourriture » du trou noir.
Nouvelle ère en astronomie
Maiolino dit que le gigantesque bond en avant fourni par JWST en fait la période la plus excitante de sa carrière. « C’est une nouvelle ère : le progrès géant en matière de sensibilité, notamment dans l’infrarouge, équivaut à passer du jour au lendemain du télescope de Galilée à un télescope moderne », a-t-il déclaré. « Avant que Webb ne soit en ligne, je pensais que peut-être l’univers n’était pas si intéressant quand on allait au-delà de ce que nous pouvions voir avec le Le télescope spatial Hubble. Mais cela n’a pas été le cas : l’univers a été assez généreux dans ce qu’il nous montre, et ce n’est que le début. »
Maiolino dit que la sensibilité du JWST signifie que des trous noirs encore plus anciens pourraient être découverts dans les mois et les années à venir. Maiolino et son équipe espèrent utiliser les futures observations du JWST pour tenter de trouver des « graines » plus petites de trous noirs, ce qui pourrait les aider à démêler les différentes façons dont les trous noirs pourraient se former : qu’ils soient grands au départ ou qu’ils se développent rapidement.
La recherche a été financée en partie par le Conseil européen de la recherche, la Royal Society et le Conseil des installations scientifiques et technologiques (STFC), qui font partie du UK Research and Innovation (UKRI).
