L'illustration de cet artiste capture le trou noir supermassif le plus éloigné que les humains aient découvert. Son taux de croissance rapide fait se gratter la tête aux astronomes. Robin Dienel/Institution Carnegie pour la science Les astronomes ont découvert le trou noir le plus éloigné jamais observé – et il est étonnamment grand pour son jeune âge.
Pesant 800 millions de masses solaires, ce spécimen supermassif a été trouvé au centre d'une jeune galaxie qui génère un puissant rayonnement. Connu sous le nom de quasar, ce type de galaxie a illuminé l'univers primitif, et leur activité extrême était entraînée par les dynamos de trous noirs dans leurs noyaux. Mais ce trou noir est bien plus gros que prévu pour une si jeune galaxie.
"Ce trou noir est devenu bien plus grand que prévu en seulement 690 millions d'années après le Big Bang, qui remet en question nos théories sur la formation des trous noirs, ", a déclaré Daniel Stern dans un communiqué du Jet Propulsion Laboratory de la NASA. Stern est le co-auteur d'une nouvelle étude publiée dans la revue Nature.
Remontons le temps pour apprécier pleinement à quel point cette découverte est révolutionnaire.
Après le Big Bang, l'univers en expansion rapide était rempli d'une soupe chaude de gaz ionisé, appelé plasma. Au fur et à mesure que le temps passait et que l'univers se refroidissait, ce plasma condensé en atomes neutres (principalement de l'hydrogène, où un proton se combine avec un électron). Jusqu'à ce point, l'univers n'avait ni étoiles ni galaxies; il n'y avait tout simplement pas eu assez de temps pour que les choses s'agglutinent sous la gravité pour créer des étoiles. Cette période a été nommée à juste titre « l'âge des ténèbres » parce que le seul rayonnement qui existait à cette époque était la rémanence de fond du Big Bang lui-même, et il devenait rapidement redshift à mesure que l'univers s'étendait. Le décalage vers le rouge se produit lorsque l'univers en expansion étend la lumière des courtes longueurs d'onde aux longues longueurs d'onde.
Alors que les premières étoiles ont vu le jour et se sont enfermées dans leur gravité mutuelle pour former les premières galaxies, cependant, l'univers a subi un changement monumental.
Ces premières galaxies ont généré un puissant rayonnement qui a décomposé l'hydrogène gazeux neutre, enlever les électrons des protons. Connu sous le nom de "réionisation, " l'univers est redevenu un état de plasma. Normalement, ce gaz fortement ionisé serait opaque au rayonnement, mais depuis que l'univers s'était dilaté et refroidi, le plasma était si dispersé que la lumière des galaxies traversait l'espace intergalactique presque sans entrave. C'est comme si le cosmos actionnait l'interrupteur de la lumière des étoiles.
Donc, qu'est-ce que ce trou noir supermassif a à voir avec cette transformation cosmique dramatique ?
Observations du quasar, appelé ULAS J1342+0928, ont montré qu'il était entouré d'hydrogène neutre. L'hydrogène neutre existant autour de cette bébé galaxie signifie qu'il est seulement émergé de cette période de réionisation, ce qui en fait la première galaxie que nous pouvez voir, car elle fait partie de la première population de galaxies à se former.
"Le nouveau quasar est lui-même l'une des premières galaxies, et pourtant, il abrite déjà un trou noir géant aussi massif que les autres dans l'univers d'aujourd'hui !", a déclaré le co-auteur Xiaohui Fan, qui travaille à l'Université de l'Arizona, dans un communiqué de presse.
Détecter cet objet n'a pas été une tâche facile. La lumière de J1342+0928 a mis plus de 13 milliards d'années pour nous atteindre, il est donc extrêmement faible et très décalé vers le rouge. Les quasars étaient de puissants générateurs de rayonnement à courte longueur d'onde, comme les rayons X. Mais après avoir parcouru 13 milliards d'années-lumière, le rayonnement a été étiré jusqu'à la partie infrarouge du spectre, ainsi, seuls les télescopes d'enquête infrarouge les plus sensibles peuvent le détecter.
En utilisant les données générées par un trio international de télescopes puissants, les chercheurs ont pu rechercher des candidats quasars dans les confins du cosmos. Une fois identifié, d'autres observatoires se sont mis en branle pour caractériser cet objet extrême.
L'observatoire Gemini à Hawaï, par exemple, aidé à déterminer l'énorme masse du trou noir en sondant le spectre infrarouge pour évaluer l'activité du trou noir. Les quasars étaient des générateurs de rayonnement si puissants dans l'univers primitif parce que les trous noirs supermassifs dans leurs noyaux avaient accès à une énorme quantité de matière. Comme ils consommaient rapidement cette matière, les trous noirs formaient un vaste, disque d'accrétion chaud et rayonnant, créant la lumière caractéristique des quasars qui peut être vue à travers des milliards d'années-lumière.
L'étape suivante consiste à rechercher d'autres quasars comme J1342+0928, et les chercheurs estiment qu'il doit y avoir entre 20 et 100 quasars comme celui-ci dans tout le ciel.
Quasar est l'abréviation de source radio quasi-stellaire. Celui sur la photo, 3C 273, est le premier astronome jamais identifié, et c'est aussi le plus brillant. ESA/Hubble &NASA
Maintenant que nous savons que J1342+0928 abrite un trou noir supermassif de 800 millions de masse solaire, la grande question est, Comment diable est-ce devenu si gargantuesque ?
Certaines des plus grandes questions qui pèsent sur la cosmologie et l'astrophysique modernes se concentrent sur les trous noirs supermassifs. Ces monstres sont connus pour se cacher dans les noyaux de la plupart des galaxies, y compris le nôtre, et nous savons qu'ils peuvent avoir la masse d'un milliard de soleils. Essayer d'expliquer comment les trous noirs supermassifs de notre univers moderne ont consommé suffisamment de matière pour devenir si gros est déjà assez difficile, mais trouver un monstre de 800 millions de masse solaire qui existait seulement 690 millions d'années après le Big Bang est un sérieux casse-tête. Comment ce bébé trou noir est-il devenu si grand si vite ?
Les mécanismes derrière l'accrétion des trous noirs sont mal compris, mais les chercheurs suggèrent que cet exemple n'était peut-être qu'une "floraison précoce" qui a eu une jeunesse extrêmement active, seulement pour s'installer comme un trou noir supermassif « régulier » dans une grande galaxie elliptique.
"S'il est situé dans une partie plus dense que la moyenne de l'univers, il pourrait commencer plus tôt dans la vie et grandir plus rapidement, ", a déclaré Fan dans un communiqué.
"Cette découverte montre qu'un processus existait manifestement au début de l'Univers pour fabriquer ce monstre, " a ajouté l'astronome Eduardo Bañados, à la Carnegie Institution for Science qui a dirigé l'étude internationale. « Qu'est-ce que ce processus ? Eh bien, cela occupera les théoriciens très occupés!"
Maintenant c'est intéressantL'univers a 13,8 milliards d'années, donc 690 millions d'années représentent à peine 5 pour cent de l'âge de notre univers.
