Depuis son lancement en 2021, le télescope spatial James Webb a découvert des centaines de galaxies lointaines et apparemment brillantes, surnommées « petits points rouges », et il semble maintenant qu'elles portent chacune un bébé trou noir.
Une collection de « petits points rouges » repérés par le télescope spatial James Webb
Les galaxies incroyablement brillantes découvertes par le télescope spatial James Webb (JWST) ne le sont peut-être pas après tout. Ces galaxies menaçaient autrefois de bouleverser notre compréhension du cosmos en suggérant qu’il contenait des trous noirs monstrueux ou bien plus d’étoiles que prévu, mais les astronomes pensent maintenant que les galaxies pourraient en réalité contenir des « bébés » trous noirs.
Au cours de ses premières années d’exploration de l’univers primitif, JWST a découvert de manière inattendue des centaines de galaxies très rouges et extrêmement lumineuses, que les astronomes appelaient « petits points rouges » (LRD).
La quantité de lumière provenant de ces galaxies suggérait qu’elles contenaient soit une densité d’étoiles bien supérieure à celle de toutes les galaxies connues et qu’il serait difficile de concilier avec la masse de l’univers attendue, soit des trous noirs bien plus massifs que ce que les astronomes pensaient possible compte tenu de la taille de leurs galaxies hôtes.
Ces deux scénarios auraient nécessité des ajustements importants de nos modèles de formation de galaxies et de croissance des trous noirs dans l’univers primitif.
Mais ces conclusions reposaient également sur l'hypothèse que la couleur rouge des LRD était due à une abondance de poussière, soit autour du trou noir lui-même, soit autour des étoiles, car c'est ce que l'on trouve généralement dans les galaxies très rouges de notre univers local. Récemment, cette idée a été remise en question, après que des chercheurs ont découvert un manque de preuves démontrant que les LRD contiennent finalement de la poussière.
Jenny Greene de l'Université de Princeton et ses collègues pensent que cette découverte signifie que nous devons repenser ce que sont les LRD. « Nous étions sûrs de pouvoir détecter les émissions de poussière, si elles étaient effectivement rouges à cause de la poussière, mais nous n'avons pas trouvé cette émission du tout », explique Greene. « C'est le principal indice selon lequel notre hypothèse selon laquelle ils sont poussiéreux est tout simplement fausse, ce n'est pas pour cela qu'ils sont rouges. »
Des observations antérieures avaient déduit la luminosité totale des LRD en mesurant une fréquence unique spécifique de lumière, associée à l'élément hydrogène, qui peut ensuite être utilisée pour calculer la luminosité totale, sur la base de modèles typiques de la façon dont la poussière affecte cette lumière.
Dans une nouvelle analyse, Greene et son équipe ont mesuré directement les émissions lumineuses totales de deux galaxies LRD en examinant de nombreuses fréquences de lumière différentes, notamment les rayons X et l'infrarouge. Ils ont constaté que pour la plupart des fréquences, à l’exception de la lumière visible, beaucoup moins de lumière était émise que pour les galaxies typiques, ce qui suggère que les LRD étaient au moins dix fois plus faibles que ce que suggéraient les estimations initiales. Cette découverte a des implications pour les trous noirs à l’intérieur des LRD.
« S'il n'y a pas autant de lumière que nous le pensions, les masses des trous noirs sont probablement beaucoup plus modestes », explique Greene. « Ensuite, ils n'ont pas besoin d'être trop massifs, et nous n'avons pas besoin d'avoir trop de masse dans les trous noirs au début, donc cela atténue vraiment une grande partie de la tension qui nous rendait perplexes. »
Étant donné que les émissions lumineuses suggèrent que les trous noirs contiennent relativement peu de masse par rapport aux trous noirs standards, Rohan Naidu, membre de l'équipe du Massachusetts Institute of Technology, affirme que nous pouvons les considérer comme des « bébés trous noirs ». Il ajoute que cela correspond également à une idée émergente selon laquelle les trous noirs dans les LRD sont en réalité des étoiles à trous noirs – une classe spéciale de trous noirs entourés de gaz.
« Dans les trous noirs ordinaires, ce que vous voyez réellement avec vos yeux n'est que la pointe de l'iceberg de l'énergie totale qui sort du système, mais les petits points rouges que nous comprenons maintenant devraient vraiment être considérés comme ces étoiles de trou noir gonflées », explique Naidu. « Il semble que la majeure partie de leur énergie soit émise sur ces longueurs d'onde que nous voyons avec nos yeux, donc ce que vous voyez est ce que vous obtenez. »
Mais Roberto Maiolino, de l'Université de Cambridge, affirme que nous ne pouvons pas être sûrs de la masse des trous noirs dans les LRD, car la lumière émise par un trou noir nous renseigne sur son taux de croissance, et non sur sa masse totale.
Greene soutient que l’idée du bébé trou noir est valable. « S'il y a beaucoup moins de photons (émis), cela signifie que toute l'échelle de masse se déplace vers le bas », explique Greene. « En moyenne, leur masse est inférieure à ce que nous pensions lorsque nous avons supposé à tort qu'il s'agissait d'un trou noir normal en accumulation, enterré par la poussière. »
