Lorsque le JWST a pris vie et a commencé les observations, l'un de ses premiers emplois a été de regarder dans le temps dans le début de l'univers. L'assemblage des galaxies est l'un des quatre principaux thèmes scientifiques du télescope spatial, et lorsqu'il a observé les premières galaxies de l'univers, il a découvert un mystère. Certains d'entre eux semblent avoir des trous noirs supermassifs (SMBH) dans leurs centres qui alimentent les noyaux galactiques actifs (AGN). Cependant, ils n'émettent pas de radiographies, qui est l'une des caractéristiques de l'AGN.
Les petites galaxies Red Dot (LRD) sont de petites galaxies rouges qui ont formé environ 600 millions d'années après le Big Bang. Le JWST en a trouvé plus de 300, mais ils restent collectivement un mystère. Leur luminosité a indiqué qu'ils sont plus massifs et gonflés avec des étoiles qu'ils ne devraient l'être précoce. Nos modèles suggèrent qu'il n'y avait pas assez de temps pour qu'ils grandissent si massifs.
Les astronomes ont ensuite découvert des signatures AGN qui pourraient expliquer l'excès de lumière. Plutôt que uniquement des étoiles, l'excès de lumière du LRD provenait d'AGN. Cela signifierait que les LRD n'auraient pas besoin d'être aussi massives pour émettre toute cette lumière, et leur taille ne défierait pas nos modèles Galaxy Evolution.
Malheureusement, cette conclusion potentielle cause un autre problème. AGN émet des rayons X puissants alors que le matériau tourbillonnant dans leurs disques d'accrétion se réchauffe. Cependant, selon de nouvelles recherches, les LRD ne semblent émettre des rayons X.
La nouvelle recherche, intitulée « Chandra exclut l'accrétion de super-eddington pour Little Red Dots », a été soumise à Le journal astrophysique. Les auteurs sont Andrea Sacchi et Akos Bogdan, tous deux des centres de Harvard et Smithsonian pour l'astrophysique. Le papier est actuellement disponible sur le arxiv serveur de préimprimée.
« Une caractéristique clé des LRD est leur faiblesse extrême des rayons X: les analyses des sources individuelles et empilées ont donné des signaux de rayons X non concluants et uniquement concluants, à l'exception d'une poignée de cas individuels », écrivent les auteurs.
L'absence de rayons X serpente tout en arrière. S'il n'y a pas de rayons X, il ne peut pas y avoir d'agn avec des disques d'accrétion. S'il n'y a pas de disques d'accrétion, alors la puissante luminosité de LRD ne peut pas provenir de SMBHS. S'il ne peut pas venir de SMBHS, il doit provenir des étoiles. Ensuite, nous sommes de retour à la case départ: essayant d'expliquer comment les premières galaxies étaient si massives et gonflées avec des étoiles.
Certains chercheurs ont suggéré une autre solution. Ils disent que les SMBH connaissent des taux d'accrétion de super-eddington.
L'accrétion de trou noir SMBH est régie par la limite d'Eddington. La limite d'Eddington est un concept fondamental en astrophysique qui explique les taux de luminosité et d'accrétion maximaux pour les objets astrophysiques comme SMBH. Un objet atteint la limite d'Eddington lorsque deux forces sont équilibrées: rayonnement vers l'extérieur et gravitation vers l'intérieur. Si l'une de ces forces est trop puissante, l'objet expulse ses couches externes ou cesse une accrétion supplémentaire.
Les astrophysiciens savent que la limite d'Eddington influence la croissance de SMBH. Cependant, ils ont proposé ce qu'on appelle l'accrétion de super-eddington d'expliquer comment ces objets massifs sont devenus si massifs si tôt dans l'univers. Les objets peuvent dépasser la limite d'Eddington pour des périodes de temps et ressentir une accrétion de super-eddington. Cela peut-il expliquer pourquoi les LRD sont si brillants tout en étant si faibles dans les rayons X?
Les auteurs soulignent que la seule autre explication de l'absence de rayons X est obscurcie et que l'explication n'a pas résisté.
« Comme l'explication la plus naturelle, une obscurcissement élevé, est défavorisée par des preuves spectroscopiques de JWST, plusieurs auteurs ont suggéré que la faiblesse des rayons X des LRD est intrinsèque, en raison de taux d'accrétion de super-eddington », écrivent les auteurs. « Dans ce travail, nous testons ce scénario en empilant des données de rayons X pour 55 LRD dans le champ de Chandra Deep South, accumulant un temps d'exposition total de près de 400 Mme »
400 mégasécondes est le temps d'observation cumulatif pour les 55 LRD combinés, et non le temps d'observation du télescope total. C'est une profondeur d'observation impressionnante pour les 55 objets. Si une accrétion de super-eddington se produisait, cela expliquerait le manque de rayons X.
L'accrétion Super-Eddington crée toujours des rayons X. Cependant, ces photons peuvent être piégés dans le flux d'accrétion. Ils peuvent également être absorbés ou dispersés par des sorties et des vents, ou obscurcis par le disque ou l'enveloppe épais autour du SMBH. Les modèles actuels montrent que l'accrétion Super-Eddington émet toujours des rayons X, mais comme des rayons X doux à l'énergie inférieure. 400 mégasécondes d'observations de rayons X empilées devraient les détecter.
Cependant, ils ne l'ont pas fait.
« Malgré une atteinte aux radiographies sans précédent, notre pile donne toujours une non-détection », écrivent les auteurs. « Les limites supérieures correspondantes sont suffisamment profondes pour exclure les modèles d'accrétion de super-eddington actuels et ne sont compatibles qu'avec des niveaux d'obscurcissement extrêmement élevés. »
Les auteurs disent qu'il ne nous reste qu'une seule explication: « Pour expliquer la faiblesse des rayons X des LRD, nous supposons donc que les SMBH dans ces systèmes ne sont ni massifs ni aussi lumineux que actuellement. » D'autres chercheurs l'ont également suggéré.
Alors, que se passe-t-il si les observations ne montrent pas de rayons X, et si le JWST montre que l'obscurcissement de la poussière est responsable?
« Si les luminosités bolométriques sont surestimées par un ordre de grandeur, des niveaux d'obscurcissement beaucoup plus faibles peuvent masquer l'émission de rayons X à l'accrétion des SMBH sans invoquer une accrétion de super-eddington », concluent les auteurs.
Le JWST a tenu sa promesse en révélant les premières galaxies de l'univers. Le fait que les résultats vont à l'encontre de nos modèles ne sont pas surprenants. Chaque nouvelle mission et télescope offre quelques surprises, et les scientifiques attendent souvent avec impatience des résultats surprenants.
Pour l'instant, les galaxies LRD sont inexpliquées. En fait, le mystère s'est approfondi.
