C’est la paire de quasars en fusion la plus éloignée jamais repérée

quasars
Les trous noirs s'entrechoquaient même au début de l'univers. Crédits : Observatoire international des Gémeaux/NOIRLab/NSF/AURA/M. Ail

Des astronomes ont récemment fait une découverte remarquable : une paire de quasars en train de fusionner datant des dernières périodes de l’Aube Cosmique, environ 900 millions d’années après le Big Bang. Il s’agit de la paire de quasars en interaction la plus éloignée et la plus ancienne jamais trouvée, marquant une première pour cette époque de l’histoire de l’Univers. Cette découverte offre ainsi une fenêtre fascinante sur les premiers stades de l’évolution cosmique et pose de nouvelles questions sur la formation des trous noirs supermassifs et des galaxies.

Qu’est-ce qu’un quasar ?

Les quasars, ou objets quasi stellaires sont parmi les objets les plus brillants et énergétiques de l’Univers. Ils sont alimentés par des trous noirs supermassifs situés au centre des galaxies. Ces trous noirs attirent d’énormes quantités de matière et forment alors un disque d’accrétion autour d’eux. La matière dans ce disque est chauffée à des températures extrêmement élevées, ce qui libère une énorme quantité d’énergie sous forme de rayonnement. C’est cette émission intense qui rend les quasars si lumineux qu’ils peuvent être observés à des distances cosmologiques.

Une fusion de quasars se produit lorsque deux galaxies, chacune avec un trou noir supermassif en leur centre, entrent en collision et finissent par fusionner. Ce processus est spectaculaire et complexe. À mesure que les galaxies se rapprochent, leurs trous noirs commencent en effet à interagir gravitationnellement, ce qui entraîne des perturbations importantes dans leurs disques d’accrétion et génère d’énormes jets de matière. Finalement, les trous noirs eux-mêmes fusionnent, créant un trou noir encore plus massif.

Ces fusions de quasars sont particulièrement intéressantes, car elles peuvent nous en apprendre beaucoup sur l’évolution des galaxies et des trous noirs supermassifs. Elles sont aussi des laboratoires naturels pour étudier les effets des forces gravitationnelles extrêmes et les mécanismes de croissance rapide des trous noirs, d’où l’intérêt de cette nouvelle observation.

Une découverte remarquable à l’aube cosmique

Nous devons cette observation aux télescopes Subaru et Gemini North. Les deux quasars en interaction ont été observés environ 900 millions d’années après le Big Bang, ce qui nous ramène à l’époque de l’Aube Cosmique. Cette période, qui s’étend de cinquante millions à un milliard d’années après le Big Bang, fut marquée par la formation des premières étoiles et galaxies et la réionisation de l’hydrogène neutre dans l’Univers. Découvrir des quasars en fusion à cette époque est donc extraordinaire.

Les deux quasars observés sont chacun environ cent millions de fois plus massifs que le Soleil, soit plus de vingt fois la masse de Sagittarius A*, le trou noir supermassif au centre de notre galaxie. Les observations ont révélé un pont de gaz s’étendant entre les deux quasars, ce qui indique ainsi que leur interaction affecte leurs galaxies hôtes à une échelle beaucoup plus grande.

Notez que l’existence de quasars en fusion à cette époque était anticipée depuis longtemps. En revanche, il s’agit bien d’une première observation directe. La découverte fortuite de ces deux points rouges sur les images Subaru, confirmée par des observations de suivi, illustre ainsi à quel point nous avons encore beaucoup à apprendre sur les premières phases de l’Univers.

quasars
Image de la paire de quasars. Crédits : NOIRLab/NSF/AURA/TA Recteur (Université d’Alaska Anchorage/NSF NOIRLab), D. de Martin (NSF NOIRLab) et M. Zamani (NSF NOIRLab)

Cette découverte spectaculaire marque donc une avancée significative dans notre compréhension des quasars, des trous noirs supermassifs et de l’évolution cosmique. Les propriétés statistiques de ces objets nous renseigneront bientôt sur les conditions et les processus qui ont façonné l’Univers primitif.