Des astronomes du Japon, Taïwan et l'Université de Princeton ont découvert 83 quasars alimentés par des trous noirs supermassifs qui se sont formés lorsque l'univers n'avait que 5% de son âge actuel. Ici, voir une impression d'artiste d'un quasar. Un trou noir supermassif se trouve au centre, et l'énergie gravitationnelle de la matière qui s'y accumule est libérée sous forme de lumière. Crédit :Yoshiki Matsuoka
Des astronomes du Japon, Taiwan et l'Université de Princeton ont découvert 83 quasars alimentés par des trous noirs supermassifs dans l'univers lointain, à une époque où l'univers avait moins de 10 % de son âge actuel.
"Il est remarquable que des objets aussi massifs et denses aient pu se former si peu de temps après le Big Bang, " a déclaré Michael Strauss, un professeur de sciences astrophysiques à l'Université de Princeton qui est l'un des co-auteurs de l'étude. "Comprendre comment les trous noirs peuvent se former dans l'univers primitif, et à quel point ils sont communs, est un défi pour nos modèles cosmologiques."
Cette découverte augmente considérablement le nombre de trous noirs connus à cette époque, et révèle, pour la première fois, combien ils sont communs au début de l'histoire de l'univers. En outre, il fournit un nouvel aperçu de l'effet des trous noirs sur l'état physique du gaz dans l'univers primitif au cours de son premier milliard d'années. La recherche apparaît dans une série de cinq articles publiés dans Le Journal d'Astrophysique et le Publications de l'Observatoire astronomique du Japon .
Trous noirs supermassifs, trouve au centre des galaxies, peut être des millions voire des milliards de fois plus massive que le soleil. Alors qu'ils sont répandus aujourd'hui, on ne sait pas quand ils se sont formés pour la première fois, et combien existaient dans l'univers lointain primitif. Un trou noir supermassif devient visible lorsque du gaz s'y accumule, le faisant briller comme un "quasar". Des études antérieures n'ont été sensibles qu'aux très rares, quasars les plus lumineux, et donc les trous noirs les plus massifs. Les nouvelles découvertes sondent la population de quasars plus faibles, alimenté par des trous noirs avec des masses comparables à la plupart des trous noirs observés dans l'univers actuel.
Si l'histoire de l'univers du Big Bang à nos jours s'étalait sur un terrain de football, La Terre et notre système solaire n'apparaîtraient pas avant notre propre ligne de 33 mètres. La vie est apparue juste à l'intérieur de la ligne des 28 mètres et les dinosaures se sont éteints à mi-chemin entre la ligne des 1 mètre et le but. Toute l'histoire de l'humanité, depuis que les hominidés sont sortis des arbres pour la première fois, se déroule à moins d'un pouce de la ligne de but. Sur cette chronologie, les 83 trous noirs supermassifs découverts par l'astrophysicien de Princeton Michael Strauss et son équipe internationale de collègues réapparaîtraient sur la ligne des 6 mètres de l'univers, très peu de temps après le Big Bang lui-même. Crédit :Kyle McKernan, Bureau des communications de l'Université de Princeton
L'équipe de recherche a utilisé des données prises avec un instrument de pointe, "Hyper Suprime-Cam" (HSC), monté sur le télescope Subaru de l'Observatoire astronomique national du Japon, qui est situé au sommet du Maunakea à Hawaï. HSC a un champ de vision gigantesque - 1,77 degrés de diamètre, ou sept fois la superficie de la pleine lune, monté sur l'un des plus grands télescopes du monde. L'équipe HSC surveille le ciel au cours de 300 nuits de temps de télescope, étalé sur cinq ans.
L'équipe a sélectionné des candidats quasars distants à partir des données sensibles de l'enquête HSC. Ils ont ensuite mené une campagne d'observation intensive pour obtenir les spectres de ces candidats, utilisant trois télescopes :le télescope Subaru; le Gran Telescopio Canarias sur l'île de La Palma aux Canaries, Espagne; et le télescope Gemini South au Chili. L'enquête a révélé 83 quasars très lointains jusqu'alors inconnus. Avec 17 quasars déjà connus dans la région étudiée, les chercheurs ont découvert qu'il y a environ un trou noir supermassif par giga-année-lumière cube, en d'autres termes, si vous fragmentiez l'univers en cubes imaginaires d'un milliard d'années-lumière de côté, chacun contiendrait un trou noir supermassif.
L'échantillon de quasars de cette étude se trouve à environ 13 milliards d'années-lumière de la Terre; en d'autres termes, nous les voyons tels qu'ils existaient il y a 13 milliards d'années. Comme le Big Bang a eu lieu il y a 13,8 milliards d'années, nous regardons effectivement dans le temps, voir ces quasars et trous noirs supermassifs tels qu'ils sont apparus seulement environ 800 millions d'années après la création de l'univers (connu).
Il est largement admis que l'hydrogène dans l'univers était autrefois neutre, mais a été "réionisé" - divisé en ses composants protons et électrons - à l'époque où la première génération d'étoiles, les galaxies et les trous noirs supermassifs sont nés, dans les premiers centaines de millions d'années après le Big Bang. C'est un jalon de l'histoire cosmique, mais les astronomes ne savent toujours pas ce qui a fourni l'incroyable quantité d'énergie nécessaire pour provoquer la réionisation. Une hypothèse convaincante suggère qu'il y avait beaucoup plus de quasars dans l'univers primitif qu'il n'en a été détecté auparavant, et c'est leur rayonnement intégré qui a réionisé l'univers.
Des astronomes du Japon, Taiwan et l'Université de Princeton ont découvert 83 quasars alimentés par des trous noirs supermassifs dans l'univers lointain, d'une époque où l'univers avait moins de 10 pour cent de son âge actuel. Sur cette photographie prise par la caméra Hyper-Suprime du télescope Subaru à Maunakea, la lumière brille de l'un des quasars les plus lointains connus, alimenté par un trou noir supermassif situé à 13,05 milliards d'années-lumière de la Terre. Les autres objets sur le terrain sont pour la plupart des étoiles de notre Voie lactée ou des galaxies le long de la ligne de mire. Crédit :l'Observatoire national d'astronomie du Japon
"Toutefois, le nombre de quasars que nous avons observé montre que ce n'est pas le cas, " a expliqué Robert Lupton, un doctorat de Princeton en 1985. ancien élève qui est chercheur principal en sciences astrophysiques. "Le nombre de quasars observés est nettement inférieur à ce qui est nécessaire pour expliquer la réionisation." La réionisation a donc été provoquée par une autre source d'énergie, probablement de nombreuses galaxies qui ont commencé à se former dans le jeune univers.
La présente étude a été rendue possible grâce à la capacité d'enquête de renommée mondiale de Subaru et HSC. "Les quasars que nous avons découverts seront un sujet intéressant pour d'autres observations de suivi avec les installations actuelles et futures, " dit Yoshiki Matsuoka, un ancien chercheur postdoctoral de Princeton maintenant à l'université d'Ehime au Japon, qui a dirigé l'étude. "Nous apprendrons également sur la formation et l'évolution précoce des trous noirs supermassifs, en comparant la densité numérique mesurée et la distribution de la luminosité avec les prédictions des modèles théoriques."
Sur la base des résultats obtenus jusqu'à présent, l'équipe est impatiente de trouver des trous noirs encore plus éloignés et de découvrir quand le premier trou noir supermassif est apparu dans l'univers.
