En sondant l'aube de l'univers à la recherche des origines des anciennes galaxies, le télescope spatial James Webb a découvert quelque chose d'inattendu qui se cache au cœur de leur noyau, une découverte qui pourrait remodeler notre vision du cosmos primitif.
Les scientifiques ont longtemps pensé que les galaxies avaient évolué en premier, tandis que les trous noirs en leur centre se formaient après l'effondrement de grandes étoiles. Les observations récentes de Webb racontent cependant une histoire différente. Le télescope a capturé des preuves de trous noirs supermassifs évoluant en premier, sans galaxie hôte pour les nourrir.
Les observations de Webb pourraient enfin apporter une réponse à la question de la poule ou de l’œuf céleste, suggérant que les anciens trous noirs n’avaient pas besoin de consommer de grandes quantités de gaz et de poussière environnants pour atteindre leur taille énorme.
« C'est une découverte remarquable », a déclaré Roberto Maiolino, chercheur de l'Université de Cambridge et co-auteur de deux études publiées dans Nature et le Avis mensuels de la Royal Astronomical Societydit dans un Déclaration de la NASA. « C'est un changement de paradigme, une revisite totale des scénarios classiques sur la formation et la croissance des trous noirs. »
Un retour dans le temps
L'une des premières petites taches lumineuses de lumière infrarouge découverte par Webb, nommée Abell2744-QSO1 (QSO1), remonte à seulement 700 millions d’années après le Big Bang (5 % de son âge actuel). Le prototype Little Red Dot est soumis à une lentille gravitationnelle par l'amas de galaxies Abell 2744. Cela en fait une cible idéale, car il apparaît agrandi et triplement imagé.
Les premières observations de QSO1 ont montré qu'il pourrait être un trou noir supermassif d’environ 40 millions de fois la masse du Soleil, entouré d’un nuage d’hydrogène et d’hélium gazeux brillants. Cependant, les scientifiques ne pouvaient pas être sûrs que le trou noir était vraiment aussi massif.
« Jusqu'à présent, toutes les mesures de masse des trous noirs dans l'univers primitif étaient indirectes, basées sur des hypothèses tirées de ce que nous savons d'eux dans l'univers local. Nous ne savions pas si ces hypothèses s'appliquaient réellement à l'univers lointain », a déclaré Francesco D'Eugenio, chercheur à l'Université de Cambridge et co-auteur des études, dans un communiqué.
Peser la bête
Pour confirmer la masse du trou noir, l’équipe à l’origine de l’étude a retracé les effets de sa gravité sur le gaz tourbillonnant autour de lui et a cartographié la répartition des différents éléments présents dans le gaz. En utilisant le spectrographe proche infrarouge de Webb (NIRSpec), les scientifiques ont découvert que le gaz tourne autour d'un point central de la même manière que les planètes de notre système solaire tournent autour du Soleil. Ce phénomène est connu sous le nom de mouvement képlérien.
« C'est important car cela nous indique que la majeure partie de la masse de QSO1 est concentrée dans le trou noir au centre », a déclaré Ignas Juodžbalis, étudiant diplômé de l'Université de Cambridge et auteur principal de l'une des études, dans un communiqué. « Si la masse était plus répartie, comme ce serait le cas s'il y avait beaucoup d'étoiles, le gaz n'aurait pas cette rotation képlérienne parfaite. »
Le mouvement képlérien étant régi par les lois de la gravité, l’équipe a utilisé les mesures de vitesse du gaz environnant pour calculer directement la masse du trou noir. « C'est un résultat phénoménal », a déclaré Maiolino. « Il s'agit de la première mesure directe de la masse d'un trou noir au cours du premier milliard d'années après le Big Bang, et elle est cohérente avec les mesures précédentes. »
Les résultats ont révélé que non seulement le trou noir est supermassif, avec une masse 50 millions de fois supérieure à celle du Soleil, mais qu'il représente également environ les deux tiers de la masse totale de QSO1. Les trous noirs supermassifs ne représentent généralement qu’une petite fraction de la masse totale de leurs galaxies hôtes. La découverte a révélé une proportion entre le trou noir supermassif et sa galaxie des milliers de fois supérieure à celle des galaxies proches.
Les résultats suggèrent que ce trou noir est né grand garçon plutôt que de se former à partir d’une étoile qui s’effondre et de se nourrir du gaz environnant pour atteindre sa taille massive. La composition chimique de QSO1 a également montré qu'il est composé presque entièrement d'hydrogène et d'hélium, avec très peu d'éléments plus lourds comme l'oxygène que l'on trouve normalement dans une galaxie riche en étoiles et en débris stellaires.
« Il semble que nous ayons trouvé un trou noir qui n'a pas de galaxie hôte importante et qui est antérieur aux processus stellaires », a déclaré Juodžbalis. « C'est très excitant car c'est la preuve de trous noirs primordiaux ou de trous noirs à effondrement direct, qui ont été théorisés mais non confirmés. »
Vous pouvez lire l’article original (en Angais) sur le sitegizmodo.com