Lorsque le télescope spatial James Webb (JWST) a commencé ses opérations, l’une de ses premières études portait sur les galaxies qui existaient au tout début de l’univers. En décembre 2022, ces observations ont révélé plusieurs objets apparaissant sous la forme de « petits points rouges » (LRD), alimentant les spéculations sur ce qu'ils pourraient être. Bien que le consensus actuel soit que ces objets sont des galaxies compactes et primitives, il existe encore un débat sur leur composition et sur ce qui les rend si rouges. D’une part, il y a l’hypothèse « stellaire uniquement », selon laquelle les LRD sont rouges parce qu’ils sont remplis d’étoiles et de poussière.
Cela signifie qu’elles pourraient ressembler aux « galaxies poussiéreuses » observées aujourd’hui dans l’univers. D’un autre côté, il existe la théorie « MBH et galaxie », qui postule que les LRD sont les premiers exemples de noyaux galactiques actifs (AGN) qui existent dans tout l’univers à l’époque moderne. Chaque modèle a des implications significatives sur la façon dont ces galaxies ont ensuite évolué pour devenir les types de galaxies observés plus récemment.
Dans un article récent publié sur le arXiv serveur de prépublication, une équipe internationale d'astronomes a examiné les différents scénarios. Ils ont conclu que les LRD étaient à l’origine des galaxies « uniquement stellaires » qui ont finalement formé les graines des trous noirs supermassifs (SMBH) au centre des galaxies actuelles.
La recherche a été dirigée par Andres Escala, professeur d'astronomie à l'Université du Chili. Il a été rejoint par des collègues de l'Institut d'informatique astronomique de l'Université de Heidelberg, de l'Université de Yale et de l'Université Sapienza de Rome. Le arXiv Un article détaillant leurs conclusions, « Sur le sort des petits points rouges », est actuellement en cours de révision pour publication dans Le journal d'astrophysique.
La découverte des LRD a mystifié les astronomes, car ils possèdent certaines caractéristiques qui rappellent les objets astronomiques modernes, mais avec quelques différences notables. Par exemple, l'interprétation « stellaire uniquement » postule que les LRD sont des galaxies poussiéreuses à formation intense d'étoiles avec des régions centrales extrêmement denses. Cette théorie explique pourquoi ces galaxies apparaissent si compactes et rouges, deux des caractéristiques les plus distinctives des LRD. Cependant, les largeurs de leurs émissions de raies spectrales d'hydrogène (raies de la série Balmer) suggèrent des dispersions de vitesse bien supérieures à celles observées dans les premières galaxies, ce qui conduirait à une instabilité à long terme.
En revanche, l’interprétation MBH est étayée par la présence de larges raies d’émission de Balmer, évocatrices de trous noirs massifs en leur centre. Cependant, la plupart des LRD ne semblent pas émettre une quantité significative de rayons X (ce qui est typique des quasars), et les trous noirs supposés être présents sont surmassifs par rapport à leurs galaxies hôtes. Néanmoins, comme le professeur Escala l'a déclaré à Universe Today par courrier électronique, ces deux explications sont considérées comme les plus probables pour deux raisons :
« En plus de l'existence de preuves solides, ces deux interprétations prédominantes sont considérées comme ‘moins exotique’ que les alternatives. Néanmoins, les LRD restent des objets qui n’ont jamais été observés auparavant à de faibles valeurs de redshift (z). L'interprétation de BH et de galaxie est favorable car de tels objets sont ‘normale’ dans l'univers local mais avec des ‘poids.’
Cependant, pour les LRD, elle représenterait 10 % de la galaxie hôte (un facteur 100 plus grand). L'interprétation stellaire uniquement des LRD indique qu'ils pourraient être simplement une autre galaxie comme les autres dans l'univers, mais avec une grande différence : au moins 10 fois plus petite que les plus petites galaxies observées précédemment (100 % contre 1 kpc) et avec une masse considérablement plus grande. masse. »
En revanche, Escala et ses collègues ont commencé par une interprétation uniquement stellaire, mais ont réfléchi à la manière dont les LRD pourraient évoluer pour s'adapter à l'interprétation de BH et de la galaxie. Leur théorie unifierait ces deux interprétations en suggérant qu’elles représentent différentes étapes évolutives de ces premières galaxies. Comme Escala l'a noté, leur théorie est étayée essentiellement par les mêmes preuves que l'interprétation de BH et de la galaxie. Cela inclut le nombre de LRD détectables dans les rayons X par rapport aux quasars de l'univers plus récent :
« Dans le cadre du chemin évolutif proposé dans notre article, le manque de rayons X nous indique essentiellement que la plupart des LRD en sont aux premiers stades d'une telle évolution. La nature transitoire des LRD (apparaissant uniquement dans l'univers entre z = 8 et 4, équivalent à 10 % de l'âge de l'univers) pourrait suggérer que ces objets ne peuvent être observés qu'à leurs premiers stades, évoluant plus tard vers des systèmes (ou des composants de ceux-ci) plus similaires à ceux observés à des niveaux inférieurs. redshifts. »
En bref, leur théorie postule que les LRD finiront par héberger un MBH car, même dans l’interprétation stellaire uniquement, les densités extrêmes des LRD impliquent qu’une bonne fraction de leurs régions internes finira par former un trou noir massif qui sera sur-massif par rapport à l’hôte. Cette approche évolutive des LRD offre une explication plus complète de Webb’s observations du premier univers. Cela pourrait avoir des implications significatives pour nos modèles actuels de cosmologie et d’évolution galactique, qui ont été remis en question par la récente découverte de ces galaxies très compactes et d’un rouge profond. Escala dit :
« Cela signifie que les LRD sont probablement les endroits les plus favorables à la formation de MBH. Même si ces systèmes sont uniquement composés d'étoiles, nos travaux impliquent qu'un tel système stellaire ne peut pas être stable (au moins dans ses régions internes) et aurait inévitablement tendance à former des MBH. En complément avec les autres scénarios proposés, dans toutes les possibilités, les LRD seront des lieux pour des MBH en cours ou récemment formés, étant donné que leur formation est l'une des plus fréquentes. problèmes ouverts de formation de structures et de cosmologie.
