Avec l'aide du Very Large Telescope (VLT) de l'ESO, Les astronomes ont découvert six galaxies autour d'un trou noir supermassif alors que l'Univers avait moins d'un milliard d'années. C'est la première fois qu'un regroupement aussi étroit est observé si peu de temps après le Big Bang et cette découverte nous aide à mieux comprendre comment les trous noirs supermassifs, dont l'un existe au centre de notre Voie Lactée, formé et a grandi à leurs tailles énormes si rapidement. Il soutient la théorie selon laquelle les trous noirs peuvent se développer rapidement dans de grands, structures en forme de toile qui contiennent beaucoup de gaz pour les alimenter.

"Cette recherche était principalement motivée par le désir de comprendre certains des objets astronomiques les plus difficiles - les trous noirs supermassifs de l'Univers primitif. Ce sont des systèmes extrêmes et à ce jour, nous n'avons eu aucune bonne explication de leur existence, " a déclaré Marco Mignoli, astronome à l'Institut national d'astrophysique (INAF) de Bologne, Italie, et auteur principal de la nouvelle recherche publiée aujourd'hui dans Astronomie &Astrophysique .

Les nouvelles observations avec le VLT de l'ESO ont révélé plusieurs galaxies entourant un trou noir supermassif, tous se trouvant dans une "toile d'araignée" cosmique de gaz s'étendant à plus de 300 fois la taille de la Voie lactée. "Les filaments de la toile cosmique sont comme des fils de toile d'araignée, " explique Mignoli. " Les galaxies se dressent et se développent là où les filaments se croisent, et des flux de gaz, disponibles pour alimenter à la fois les galaxies et le trou noir supermassif central, peuvent s'écouler le long des filaments."

La lumière de cette grande structure en forme de toile, avec son trou noir d'un milliard de masses solaires, a voyagé jusqu'à nous depuis une époque où l'Univers n'avait que 0,9 milliard d'années. "Notre travail a placé une pièce importante dans le puzzle en grande partie incomplet qui est la formation et la croissance d'un tel extrême, pourtant relativement abondante, objets si rapidement après le Big Bang, " dit le co-auteur Roberto Gilli, également astronome à l'INAF de Bologne, se référant aux trous noirs supermassifs.

Les tout premiers trous noirs, on pense qu'il s'est formé à partir de l'effondrement des premières étoiles, doit avoir grandi très vite pour atteindre des masses d'un milliard de soleils au cours des premiers 0,9 milliard d'années de la vie de l'Univers. Mais les astronomes ont eu du mal à expliquer comment des quantités suffisamment importantes de "combustible de trou noir" auraient pu être disponibles pour permettre à ces objets d'atteindre des tailles aussi énormes en si peu de temps. La nouvelle structure offre une explication probable :la "toile d'araignée" et les galaxies qu'elle contient contiennent suffisamment de gaz pour fournir le carburant dont le trou noir central a besoin pour devenir rapidement un géant supermassif.

Mais comment ces grandes structures en forme de toile se sont-elles formées en premier lieu ? Les astronomes pensent que des halos géants de matière noire mystérieuse sont essentiels. On pense que ces vastes régions de matière invisible attirent d'énormes quantités de gaz dans l'Univers primitif; ensemble, le gaz et la matière noire invisible forment les structures en forme de toile où les galaxies et les trous noirs peuvent évoluer.

"Notre découverte soutient l'idée que les trous noirs les plus éloignés et les plus massifs se forment et se développent dans des halos massifs de matière noire dans des structures à grande échelle, et que l'absence de détections antérieures de telles structures était probablement due à des limitations d'observation, " dit Colin Norman de l'Université Johns Hopkins à Baltimore, NOUS, également co-auteur de l'étude.

Les galaxies maintenant détectées sont parmi les plus faibles que les télescopes actuels puissent observer. Cette découverte a nécessité des observations de plusieurs heures à l'aide des plus grands télescopes optiques disponibles, y compris le VLT de l'ESO. À l'aide des instruments MUSE et FORS2 sur le VLT de l'observatoire de Paranal de l'ESO dans le désert chilien d'Atacama, l'équipe a confirmé le lien entre quatre des six galaxies et le trou noir. "Nous pensons que nous venons de voir la pointe de l'iceberg, et que les quelques galaxies découvertes à ce jour autour de ce trou noir supermassif ne sont que les plus brillantes, " a déclaré la co-auteure Barbara Balmaverde, un astronome à l'INAF à Turin, Italie.

Ces résultats contribuent à notre compréhension de la formation et de l'évolution des trous noirs supermassifs et des grandes structures cosmiques. Le télescope extrêmement grand de l'ESO, actuellement en construction au Chili, pourra s'appuyer sur cette recherche en observant de nombreuses autres galaxies plus faibles autour des trous noirs massifs dans l'Univers primitif à l'aide de ses puissants instruments.