Les astronomes ont été intrigués par un trou noir d'environ 50 millions de fois la masse du soleil et sans étoiles, repéré par le télescope spatial James Webb. Les simulations suggèrent maintenant qu'il pourrait s'agir d'un trou noir primordial, quelque chose que nous n'avons jamais vu auparavant.
On suppose que des trous noirs primordiaux se sont formés peu de temps après le Big Bang.
Un trou noir inhabituellement massif dans le tout premier univers pourrait être une sorte de trou noir exotique et sans étoiles, théorisé pour la première fois par Stephen Hawking.
En août, Boyuan Liu de l'Université de Cambridge et ses collègues ont repéré une étrange galaxie datant d'il y a 13 milliards d'années, appelée Abell 2744-QSO1, avec le télescope spatial James Webb (JWST). La galaxie semblait abriter un énorme trou noir, d’environ 50 millions de fois la masse du soleil, mais il était presque entièrement dépourvu d’étoiles.
« C'est un casse-tête, car la théorie traditionnelle dit que les étoiles se forment en premier, ou avec les trous noirs », explique Liu. On pense généralement que les trous noirs se forment à partir d’étoiles très massives lorsqu’elles manquent de carburant et s’effondrent.
Liu et son équipe ont effectué quelques simulations de base, qui ont montré que QSO1 aurait pu commencer comme un trou noir primordial, un objet exotique proposé pour la première fois par les physiciens Stephen Hawking et Bernard Carr en 1974. Plutôt que de se former à partir d'une étoile, ces objets se seraient fusionnés à partir des fluctuations de la densité de l'univers peu après le big bang.
Les trous noirs primordiaux devraient s'être en grande partie évaporés et disparaître au moment où nous pourrons voir avec JWST, mais il est possible que certains aient survécu et se soient développés pour devenir des trous noirs beaucoup plus grands, comme QSO1.
Même si les calculs de Liu et de son équipe correspondaient à peu près à leurs observations, ils étaient simples et ne prenaient pas en compte l'interaction complexe entre les trous noirs primordiaux, les nuages de gaz et les étoiles.
Aujourd'hui, Liu et son équipe ont effectué des simulations plus détaillées de la façon dont les trous noirs primordiaux se seraient développés au cours des premières centaines de millions d'années de l'univers. Ils ont calculé à la fois la manière dont le gaz aurait tourbillonné autour d’un petit trou noir primordial initial, ainsi que la manière dont les étoiles nouvellement formées et les étoiles mourantes auraient interagi avec lui.
Leurs prédictions concernant la masse finale du trou noir et les éléments les plus lourds qu'il contient correspondent à ce qu'ils ont observé pour QSO1.
« Ce n'est pas décisif, mais c'est une possibilité intéressante et importante », dit Liu. « Avec ces nouvelles observations que les théories normales (de formation de trous noirs) ont du mal à reproduire, la possibilité d'avoir des trous noirs primordiaux massifs dans l'univers primitif devient plus admissible. »
Les simulations montrent que les trous noirs primordiaux pourraient en fait être une source viable pour QSO1, explique Roberto Maiolino de l'Université de Cambridge, qui faisait partie de l'équipe qui a découvert le trou noir à l'origine. « Le fait qu'ils parviennent à égaler les propriétés de QSO1, tant en termes de masse du trou noir, de masse stellaire que d'enrichissement chimique, est très intéressant et encourageant. »
Cependant, les plus grands trous noirs supermassifs dans les simulations standards de trous noirs primordiaux ont tendance à mesurer environ 1 million de masses solaires, explique Maiolino. « Ici, nous sommes 50 fois plus massifs », dit-il. « Cependant, il est vrai que ces trous noirs primordiaux devraient être fortement regroupés, et il se pourrait donc qu'ils aient réussi à fusionner pour devenir rapidement beaucoup plus massifs. »
Un autre problème est que les trous noirs primordiaux devraient nécessiter une explosion de rayonnement de haute énergie pour s'effondrer et se former initialement, comme une étoile qui explose à proximité, mais nous ne voyons aucune source potentielle à proximité de QSO1, explique Maiolino.
