Par Will Dunham
WASHINGTON (Reuters) – Au cœur de notre galaxie, la Voie lactée, se cache un trou noir supermassif environ quatre millions de fois la masse du soleil, appelé Sagittaire A*. En fait, ces objets, dont la masse augmente avec le temps en mangeant la matière qui s’approche trop près, résident au centre de la plupart des galaxies.
Mais depuis la mise en service du télescope spatial James Webb de la NASA en 2022, les astronomes ont été surpris de découvrir des trous noirs supermassifs habitant l’univers primitif – plus tôt qu’ils ne l’auraient cru possible compte tenu du temps nécessaire pour rassembler une masse aussi importante. De nouvelles observations de l’un de ces trous noirs primordiaux offrent un aperçu de la manière dont cela a pu se produire – à travers des épisodes de croissance suralimentée.
Les trous noirs sont des objets extrêmement denses dont la gravité est si forte que même la lumière ne peut pas s’en échapper. Grâce à leur immense attraction gravitationnelle, ils grandissent en aspirant des matériaux tels que du gaz, de la poussière et des étoiles qui ont le malheur de s’égarer à proximité.
« L’existence de trous noirs supermassifs dans l’univers primitif remet en question nos modèles actuels de formation et de croissance des trous noirs », a déclaré l’astronome Hyewon Suh de l’Observatoire international Gemini d’Hawaï et du NOIRLab de la National Science Foundation des États-Unis, auteur principal de l’étude publiée dans le journal. revue Nature Astronomie.
Les nouvelles observations de Webb impliquent un trou noir supermassif appelé LID-568 qui existait lorsque le cosmos avait environ 11 % de son âge actuel – environ 1,5 milliard d’années après l’événement Big Bang, il y a 13,8 milliards d’années, qui a donné naissance à l’univers. LID-568 a une masse environ 10 millions de fois supérieure à celle du soleil, soit 2-1/2 fois celle du Sagittaire A*. Les chercheurs n’ont pas encore déterminé la masse de sa galaxie d’origine.
LID-568 a été observé en train de gagner de la masse à un rythme plus rapide qu’on ne le pensait auparavant. Webb a montré que, sur la base de sa production énergétique observée, LID-568 semblait consommer la matière entrante – connue sous le nom d’accrétion – à plus de 40 fois le maximum hypothétique, appelé limite d’Eddington, pour une telle activité.
« La limite d’Eddington est une limite théorique pour la production d’énergie maximale que le trou noir peut produire à travers le processus d’accrétion. Cette limite théorique suppose que la force vers l’extérieur du rayonnement produit pendant le processus d’accrétion équilibre la gravité du matériau entrant », a déclaré l’astronome. et co-auteur de l’étude Julia Scharwächter de l’Observatoire Gemini et NOIRLab.
On pense que ces trous noirs primordiaux sont apparus de deux manières, soit à la suite de la mort explosive de la première génération d’étoiles de l’univers, soit à la suite de l’effondrement de grands nuages de gaz présents dans l’univers primitif.
« La découverte de LID-568 suggère qu’une partie significative de la croissance de masse peut se produire au cours d’un seul épisode d’accrétion rapide. Cela pourrait aider à expliquer comment les trous noirs supermassifs se sont formés si tôt dans l’univers, quelle que soit leur origine », a déclaré Suh.
« Jusqu’à présent, nous manquions de confirmation observationnelle de la manière dont ces trous noirs pouvaient se développer si rapidement dans l’univers primitif », a ajouté Suh.
Un signe clé de la croissance d’un trou noir supermassif est l’émission de rayons X, un rayonnement électromagnétique de haute énergie avec des longueurs d’onde très courtes. La matière tourbillonnant autour d’un trou noir supermassif avant d’être consommée est surchauffée et brille fortement dans les longueurs d’onde des rayons X. Les chercheurs ont d’abord repéré le LID-568 à l’aide de l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA, puis l’ont étudié de plus près à l’aide des capacités d’observation infrarouge de Webb.
Les observations de Webb suggèrent l’existence d’une sorte de mécanisme par lequel un trou noir peut engloutir de la matière à un rythme plus rapide qu’on ne le pensait auparavant.
« LID-568 est remarquable en raison de son taux de croissance extrême et du fait qu’il existe si tôt dans l’univers », a déclaré Suh. « Nous ne savons pas encore comment le LID-568 est capable de dépasser la limite d’Eddington. Pour approfondir nos recherches, nous avons besoin de plus de données, nous prévoyons donc de mener des observations de suivi avec Webb. »
(Reportage de Will Dunham, édité par Rosalba O’Brien)