Le James Webb Space Telescope (JWST) a repéré le trou noir le plus ancien jamais observé, un monstre ancestral ayant une masse équivalente à 1,6 million de soleils, caché à 13 milliards d’années dans le passé de l’univers. Grâce à ses caméras, le JWST peut remonter le temps vers les débuts de notre univers. Il a repéré le trou noir supermassif au centre de la galaxie GN-z11, une galaxie encore très jeune, seulement 440 millions d’années après le début de l’univers.
Des trous noirs de plus en plus gros
Ce trou noir n’est pas seul, il est l’un des innombrables trous noirs qui se sont développés de façon terrifiante pendant l’aube cosmique, une période située environ 100 millions d’années après le Big Bang, lorsque le jeune univers a commencé à briller pendant un milliard d’années. Comment ces tourbillons cosmiques ont pu se développer aussi rapidement après le début de l’univers n’est pas clair, mais chercher une réponse pourrait aider à comprendre comment les trous noirs supermassifs d’aujourd’hui, qui ancrent des galaxies entières comme notre Voie lactée, sont devenus si énormes.
La quête de réponses
Les trous noirs de l’univers primitif ne peuvent pas grandir en silence et en douceur comme de nombreux trous noirs le font dans l’univers contemporain. Ils doivent connaître une naissance ou une formation particulière, ainsi qu’une croissance atypique. Plus près de notre époque, les astronomes pensent que les trous noirs naissent de l’effondrement d’étoiles géantes. Mais quelle que soit leur origine, ils se nourrissent constamment de gaz, de poussière, d’étoiles et d’autres trous noirs, grandissant au fur et à mesure. Lorsqu’ils se nourrissent, le frottement fait chauffer le matériau en spirale dans leur gueule, ce qui les fait émettre de la lumière détectable par les télescopes, les transformant en noyaux actifs de galaxies (AGN en anglais). Les AGN les plus extrêmes sont les quasars, des trous noirs supermassifs plusieurs milliards de fois plus lourds que le soleil, qui expulsent leur cocon gazeux par des éruptions lumineuses des milliers de milliards de fois plus lumineuses que les étoiles les plus brillantes.
Détecter les trous noirs du passé
Plus les scientifiques regardent loin dans l’univers, plus ils interceptent de la lumière provenant de régions lointaines et plus ils remontent dans le temps. Afin de détecter le trou noir de cette nouvelle étude, les astronomes ont balayé le ciel avec deux caméras infrarouges : l’instrument Mid-Infrared (MIRI) et la Near Infrared Camera du JWST. Ils ont ensuite utilisé les spectrographes intégrés aux caméras pour analyser la lumière en différentes fréquences. En décomposant ces faibles lueurs des premières années de l’univers, ils ont découvert un pic inattendu parmi les fréquences contenues dans la lumière, signe que le matériau chaud entourant un trou noir émettait de faibles traces de lumière à travers l’univers.
Comment ces trous noirs se sont-ils développés si rapidement ?
Les explications les plus populaires sur la façon dont ces trous noirs précoces ont pu se développer si rapidement sont qu’ils se sont formés à partir de l’effondrement soudain de nuages de gaz géants ou qu’ils sont nés de la fusion de grappes d’étoiles et de trous noirs. Néanmoins, les astronomes n’excluent pas que certains de ces trous noirs aient pu être ensemencés par des trous noirs primordiaux hypothétiques, supposés être créés juste après – et dans certaines théories, même avant – le commencement de l’univers.
Il n’est pas clair que [l’effondrement direct] soit la seule façon de former un trou noir, car il faut des circonstances particulières pour que cela se produise, explique Roberto Maiolino, professeur d’astrophysique à l’Université de Cambridge. Il faut que ce soit un nuage pur, non encore enrichi en éléments lourds par les premières étoiles, et qu’il soit assez massif – de 10 000 à un million de masses solaires. Pour éviter qu’un tel nuage ne refroidisse trop rapidement et ne s’effondre d’abord en énormes étoiles, il doit également être bombardé de lumière ultraviolette, probablement en provenance d’une galaxie ou d’un trou noir voisin.
Ainsi, nous ne cherchons pas nécessairement un seul scénario, en réalité deux ou plusieurs d’entre eux pourraient être en jeu.
