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Découverte du trou noir le plus éloigné jamais vu

Crédits : Robin Dienel/Carnegie Institute of Science

Une équipe d’astronomes annonce la découverte d’un trou noir absolument gargantuesque, de 800 millions de fois la masse du Soleil, à 13,1 milliards d’années-lumière de distance, alors que l’Univers n’était âgé que d’environ 700 millions d’années.

C’est le trou noir le plus éloigné jamais détecté, déjà présent alors que l’Univers n’était qu’à 5 % seulement de son âge actuel. L’ogre en question, baptisé J1342 + 0928, se trouve au centre d’un disque super brillant de gaz en orbite au centre d’une galaxie. « Rassembler toute cette masse en moins de 690 millions d’années est un énorme défi pour les théories de la croissance du trou noir supermassif », explique Eduardo Bañadosn de l’Université Carnegie Mellon, et principal auteur de cette étude. Jusqu’à présent, le plus ancien trou noir connu datait de l’époque où l’Univers n’était âgé que d’environ 800 millions d’années.

L’avantage d’une telle relique, c’est qu’elle peut nous en apprendre davantage sur les débuts de notre Univers. Juste après le Big Bang, celui-ci n’était une sorte de « soupe primordiale » sombre et chaude à l’échelle cosmique, en expansion rapide. En se dilatant, il s’est ensuite refroidi, provoquant la formation de protons et de neutrons dans les atomes d’hydrogène ionisés et, environ 240 000 à 300 000 ans après le Big Bang, ces atomes d’hydrogène ont attiré des électrons, se fondant en hydrogène neutre. À ce stade, la lumière put alors voyager librement à travers l’Univers.

Mais ce n’est que lorsque la gravité a commencé à rassembler les premières étoiles et galaxies dans ce vide obscurci rempli d’hydrogène que la lumière des étoiles est apparue. Peu de temps après, selon les théories actuelles, l’hydrogène neutre s’est retrouvé excité par la lumière ultraviolette de ces jeunes étoiles. Ceci a eu pour effet de réioniser la plus grande partie de l’hydrogène de l’Univers, le divisant en protons et en électrons. Environ un milliard d’années après le Big Bang, le processus de réionisation était terminé.

En revanche, il est aujourd’hui difficile de se rendre compte de cette étape de notre histoire — tant sur les dates exactes que sur les véritables processus en cours. « La réionisation a été la dernière transition majeure de l’Univers, et c’est l’une des frontières actuelles de l’astrophysique », explique l’astronome. C’est là qu’intervient J1342 + 0928, le nouveau trou noir. L’analyse de sa lumière montre en effet qu’une proportion significative de l’espace qui l’entoure est encore de l’hydrogène neutre. Cela signifie que cette « réionisation » pourrait finalement avoir eu lieu relativement tard dans la vie de l’Univers.

Autre point soulevé, malgré son jeune âge, c’est la masse de ce trou noir : environ 800 millions de fois la masse du Soleil. Pour le coauteur Xiaohui Fan, de l’Université de l’Arizona, « il est tout à fait étonnant de découvrir un trou noir si massif au début de l’histoire cosmique […] aussi massif que d’autres dans l’Univers actuel ». Pour les chercheurs, ce nouveau quasar, aussi remarquable soit-il, serait probablement et simplement précoce. Le mieux serait encore d’en découvrir d’autres du même type. Avec la construction prochaine de plusieurs installations de nouvelle génération, plus sensibles, nous pouvons nous attendre à de nombreuses découvertes de ce genre, mettant en lumière la jeunesse mouvementée de notre univers.

Vous retrouverez tous les détails de cette étude dans la revue Nature.

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