Les trous noirs supermassifs sont issus de lourdes « graines » cosmiques

james webb trou noir
Une image du télescope spatial James Webb du quasar J0148 et du trou noir supermassif en son cœur. Crédits : NASA/Yue, et al

Le télescope spatial James Webb (JWST) a ouvert une fenêtre fascinante sur les débuts de l’Univers en permettant à une équipe de chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) d’observer la lumière émanant des étoiles qui entourent certains des premiers trous noirs supermassifs. Ces observations, réalisées à partir d’étoiles des galaxies qui abritent des quasars anciens, offrent un aperçu crucial sur la croissance rapide de ces titans cosmiques.

Une fenêtre sur les débuts de l’Univers

Les trous noirs supermassifs présents au cœur des galaxies fascinent les scientifiques depuis des décennies. Mais leur formation et leur croissance restent des énigmes. Comment ces objets gigantesques ont-ils pu atteindre des masses équivalentes à des millions, voire des milliards de soleils en si peu de temps après le Big Bang ? La question fondamentale de savoir si les trous noirs se sont développés avant ou après leurs galaxies hôtes reste également sans réponse.

Les observations menées par l’équipe du MIT ont apporté des éléments de réponse en examinant la lumière provenant des étoiles des galaxies qui entourent les trous noirs supermassifs. Plus précisément, ils ont pu observer six anciens quasars qui sont parmi les objets les plus lumineux de l’Univers, éclipsant même la lumière de toutes les étoiles de leurs galaxies environnantes.

Les quasars sont alimentés par l’énorme quantité de matière aspirée par les trous noirs supermassifs, formant un disque d’accrétion lumineux. Cependant, la lumière stellaire des galaxies hôtes est généralement éclipsée par la luminosité des quasars, rendant difficile la distinction entre les deux sources lumineuses. Grâce à la sensibilité et à la résolution élevées du télescope James Webb, l’équipe du MIT a cependant réussi à séparer la lumière des étoiles des galaxies des lueurs éclatantes des quasars.

quasar trous noirs
Illustration d’un quasar au cœur d’une galaxie active. Crédits : NASA/JPL-Caltech

Une révélation sur la croissance précoce des trous noirs

Les chercheurs ont alors découvert que les trous noirs supermassifs avaient des masses environ dix fois plus petites que celles des étoiles qui les entourent. Cette découverte suggère que les trous noirs se sont développés plus rapidement que les galaxies hôtes elles-mêmes.

Si ces objets avaient grandi en même temps ou après la formation des étoiles et des galaxies, on s’attendrait en effet à ce que leur masse soit plus proche de celle des étoiles environnantes. Le fait qu’ils aient une masse beaucoup plus petite suggère ainsi qu’ils ont pu acquérir leur masse de manière significative avant que leurs galaxies hôtes ne se soient développées massivement.

Cela remet en question notre compréhension précédente de l’évolution des galaxies et des trous noirs supermassifs. Il semble en effet que ces derniers aient pris une longueur d’avance dans leur croissance, formant des « graines » massives avant même que leurs galaxies hôtes ne se développent pleinement.

Cette conclusion bouleversante soulève de nouvelles questions sur les mécanismes de croissance de ces objets et de leurs galaxies hôtes. Pourquoi certains trous noirs ont-ils pu croître si rapidement et atteindre des masses colossales dans les premiers stades de l’Univers ? Quels sont les processus physiques sous-jacents qui ont permis à ces « graines » de se développer si précocement ?

Les résultats de cette étude ouvrent de nouvelles perspectives sur notre compréhension de la formation et de l’évolution des galaxies et des trous noirs. Ils montrent que les premières phases de l’Univers étaient beaucoup plus dynamiques et complexes que ce que l’on pensait auparavant. En continuant à étudier ces objets mystérieux, nous pourrons peut-être élucider les mystères fondamentaux de l’Univers primordial.

Les détails de l’étude sont publiés dans The Astrophysical Journal.