Une équipe d’astronomes utilisant le JWST a découvert un trou noir supermassif inhabituellement rouge, à lentille gravitationnelle, provenant de l’univers primitif, révélant qu’il est nettement plus grand par rapport à sa galaxie hôte que les exemples observés précédemment. Cette découverte remet en question notre compréhension de la relation entre les trous noirs et les galaxies dans le cosmos primitif. Crédit : Issues.fr.com
Les images JWST révèlent un supermassif trou noir dans l’univers primitif, remarquable par sa taille massive par rapport à sa galaxie hôte et obscurcie par une épaisse poussière.
En analysant les images du télescope spatial James Webb (JWST), un groupe d’astronomes dirigé par le Dr Lukas Furtak et le professeur Adi Zitrin de l’Université Ben Gourion du Néguev a détecté un trou noir supermassif extrêmement rouge, à lentille gravitationnelle, dans l’Univers primitif. . Ses couleurs suggèrent que le trou noir se cache derrière un épais voile de poussière obscurcissant une grande partie de sa lumière. L’équipe a réussi à mesurer la masse du trou noir et a découvert qu’il était nettement plus massif, comparé à sa galaxie hôte, que ce qui a été observé dans des exemples plus locaux. La découverte a été publiée dans Nature il y a deux semaines.
JWST : Dévoilement des mystères de l’univers primitif
Le JWST, lancé il y a deux ans, a révolutionné notre vision de la formation précoce des galaxies. Cela a conduit à la détection de galaxies très anciennes, en plus grande abondance et avec une plus grande luminosité que prévu auparavant, et a révélé de nouveaux types d’objets.
Une découverte de type quasar
Le groupe d’astronomes avait détecté dans les images JWST ce qui semblait être un objet semblable à une lentille, semblable à un quasar, provenant de l’univers primitif. Les quasars sont de brillants noyaux galactiques actifs : des trous noirs supermassifs au centre des galaxies qui accumulent activement de la matière.
Le télescope spatial James Webb est le prochain grand observatoire des sciences spatiales, conçu pour répondre à des questions en suspens sur l’Univers et faire des découvertes révolutionnaires dans tous les domaines de l’astronomie. Crédit : Northrup Grumman
Le pouvoir de la lentille gravitationnelle
L’accrétion de matière sur le trou noir émet de grandes quantités de rayonnement qui éclipsent la galaxie hôte, conduisant à une apparence compacte et brillante, semblable à celle d’une étoile. Les images JWST dans lesquelles Furtak et Zitrin ont identifié l’objet ont été prises pour le programme UNCOVER (IP : Ivo Labbé, de l’Université de technologie de Swinburne, et Rachel Bezanson de l’Université de Pittsburgh), qui a imagé le champ d’un amas de galaxies, Abell 2744, à une profondeur sans précédent. Étant donné que l’amas contient de grandes quantités de masse, il plie l’espace-temps – ou les chemins des rayons lumineux voyageant à proximité – créant ainsi une lentille gravitationnelle. La lentille gravitationnelle agrandit les galaxies d’arrière-plan situées derrière elle et permet aux astronomes d’observer des galaxies encore plus éloignées que ce qui serait autrement possible.
Le phénomène du point rouge
« Nous étions très enthousiastes lorsque JWST a commencé à envoyer ses premières données. Nous scannions les données arrivées pour le programme UNCOVER et trois objets très compacts mais à fleurs rouges se démarquaient et attiraient notre attention », explique le Dr Lukas Furtak, chercheur postdoctoral à BGU et auteur principal des articles de découverte. « Leur apparence de « point rouge » nous a immédiatement amené à soupçonner qu’il s’agissait d’un objet de type quasar. »
Percer le mystère
Furtak et le groupe UNCOVER ont commencé à enquêter sur l’objet. « Nous avons utilisé un modèle de lentille numérique que nous avions construit pour l’amas de galaxies afin de déterminer que les trois points rouges devaient être des images multiples de la même source d’arrière-plan, observée lorsque l’Univers n’avait que 700 millions d’années », explique le professeur Zitrin. , astronome à BGU et l’un des principaux auteurs des articles de découverte.
Une percée supermassive
« L’analyse des couleurs de l’objet a indiqué qu’il ne s’agissait pas d’une galaxie typique en formation d’étoiles. Cela conforte davantage l’hypothèse du trou noir supermassif », déclare le professeur Rachel Bezanson, de l’Université de Pittsburgh et co-responsable du programme UNCOVER. « En plus de sa taille compacte, il est devenu évident qu’il s’agissait probablement d’un trou noir supermassif, même s’il était encore différent des autres quasars découverts à cette époque », a ajouté le professeur Bezanson. La découverte de cet objet unique, rouge et compact, a été publiée l’année dernière dans le Journal d’astrophysique. Mais ce n’était que le début de l’histoire.
Aperçus spectraux et surprises
L’équipe a ensuite acquis les données JWST/NIRSpec des trois images du « point rouge » et analysé les données. « Les spectres étaient tout simplement époustouflants », déclare le professeur Ivo Labbé, de l’Université de technologie de Swinburne et co-responsable du programme UNCOVER, « En combinant le signal des trois images avec le grossissement de la lentille, le spectre résultant est équivalent à environ 1 700 heures d’observation par JWST sur un objet sans lentille, ce qui en fait le spectre le plus profond que JWST ait obtenu pour un seul objet dans l’univers primitif », explique le professeur Labbé.
« En utilisant les spectres, nous avons réussi non seulement à confirmer que l’objet compact rouge était un trou noir supermassif et à mesurer son redshift exact, mais également à obtenir une estimation solide de sa masse à partir de la largeur de ses raies d’émission », explique l’auteur principal, le Dr. Furtak. « Le gaz orbite dans le champ gravitationnel du trou noir et atteint des vitesses très élevées que l’on ne voit pas dans d’autres parties des galaxies. En raison du décalage Doppler, la lumière émise par le matériau en accrétion est décalée vers le rouge d’un côté et vers le bleu de l’autre côté, en fonction de sa vitesse. Cela entraîne un élargissement des raies d’émission dans le spectre.
Une galaxie éclipsée
Mais la mesure a donné lieu à une autre surprise, publiée dans Nature il y a deux semaines : la masse du trou noir semble excessivement élevée par rapport à celle de la galaxie hôte.
« Toute la lumière de cette galaxie doit tenir dans une petite région de la taille d’un amas d’étoiles actuel. Le grossissement par lentille gravitationnelle de la source nous a donné des limites exquises sur la taille. Même en regroupant toutes les étoiles possibles dans une si petite région, le trou noir finit par représenter au moins 1 % de la masse totale du système », explique le professeur Jenny Greene de université de Princeton et l’un des principaux auteurs de l’article récent. « En fait, il a été découvert que plusieurs autres trous noirs supermassifs de l’Univers primitif présentent un comportement similaire, ce qui conduit à des vues intrigantes sur la croissance des trous noirs et des galaxies hôtes, ainsi que sur l’interaction entre eux, qui n’est pas bien comprise. »
Le dilemme cosmique de la poule et de l’œuf
Les astronomes ne savent pas si ces trous noirs supermassifs se développent, par exemple, à partir de restes stellaires, ou peut-être à partir de matériaux qui se sont directement effondrés en trous noirs dans l’Univers primitif.
« D’une certaine manière, c’est l’équivalent astrophysique du problème de la poule et de l’œuf », explique le professeur Zitrin. « Nous ne savons pas actuellement ce qui est apparu en premier : la galaxie ou le trou noir, quelle était la taille des premiers trous noirs et comment ils se sont développés. »
Perspectives futures de JWST
Étant donné que de nombreux autres « petits points rouges » et autres noyaux galactiques actifs ont récemment été détectés avec JWST, nous espérons que nous aurons bientôt une meilleure idée.
