Le télescope spatial Fermi Gamma de la NASA a identifié les blazars gamma les plus éloignés, un type de galaxie dont les émissions intenses sont alimentées par des trous noirs surdimensionnés. La lumière de l'objet le plus éloigné a commencé son voyage vers nous lorsque l'univers avait 1,4 milliard d'années, ou près de 10 pour cent de son âge actuel.

« Malgré leur jeunesse, ces blazars lointains abritent certains des trous noirs les plus massifs connus, " dit Roopesh Ojha, un astronome au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. "Le fait qu'ils se soient développés si tôt dans l'histoire cosmique remet en question les idées actuelles sur la façon dont les trous noirs supermassifs se forment et se développent, et nous voulons trouver plus de ces objets pour nous aider à mieux comprendre le processus."

Ojha a présenté les conclusions lundi, 30 janvier, lors de la réunion de l'American Physical Society à Washington, et un article décrivant les résultats a été soumis au Lettres de revues astrophysiques .

Les blazars constituent environ la moitié des sources de rayons gamma détectées par le télescope à grande surface (LAT) de Fermi. Les astronomes pensent que leurs émissions à haute énergie sont alimentées par de la matière chauffée et déchirée lorsqu'elle tombe d'un stockage, ou accrétion, disque vers un trou noir supermassif avec un million de fois ou plus la masse du soleil. Une petite partie de cette matière entrante est redirigée vers une paire de jets de particules, qui soufflent vers l'extérieur dans des directions opposées à presque la vitesse de la lumière. Les blazars apparaissent brillants sous toutes les formes de lumière, y compris les rayons gamma, la lumière la plus énergétique, quand l'un des jets pointe presque directement vers nous.

Précédemment, les blazars les plus éloignés détectés par Fermi ont émis leur lumière lorsque l'univers avait environ 2,1 milliards d'années. Des observations antérieures ont montré que les blazars les plus éloignés produisent la plupart de leur lumière à des énergies juste entre la plage détectée par le LAT et les satellites à rayons X actuels, ce qui a rendu leur recherche extrêmement difficile.

Puis, en 2015, l'équipe Fermi a publié un retraitement complet de toutes les données LAT, appelé Pass 8, qui a inauguré tant d'améliorations, les astronomes ont dit que c'était comme avoir un tout nouvel instrument. La sensibilité accrue du LAT à des énergies plus basses a augmenté les chances de découvrir des blazars plus lointains.

L'équipe de recherche était dirigée par Vaidehi Paliya et Marco Ajello à l'Université Clemson en Caroline du Sud et comprenait Dario Gasparrini du Centre de données scientifiques de l'Agence spatiale italienne à Rome ainsi que Ojha. Ils ont commencé par rechercher les sources les plus lointaines dans un catalogue de 1,4 million de quasars, une classe de galaxies étroitement liée aux blazars. Parce que seules les sources les plus brillantes peuvent être détectées à de grandes distances cosmiques, ils ont ensuite éliminé tous les objets sauf les plus brillants aux longueurs d'onde radio de la liste. Avec un échantillon final d'environ 1, 100 objets, les scientifiques ont ensuite examiné les données LAT pour chacun d'eux, résultant en la détection de cinq nouveaux blazars à rayons gamma.

Exprimé en termes de redshift, mesure préférée des astronomes du cosmos profond, les nouveaux blazars vont de redshift 3,3 à 4,31, ce qui signifie que la lumière que nous détectons maintenant d'eux a commencé son chemin lorsque l'univers avait entre 1,9 et 1,4 milliard d'années, respectivement.

"Une fois que nous avons trouvé ces sources, nous avons collecté toutes les données multi-longueurs d'onde disponibles sur eux et les propriétés dérivées comme la masse du trou noir, la luminosité du disque d'accrétion, et la puissance du jet, " dit Paliya.

Deux des blazars possèdent des trous noirs d'un milliard de masses solaires ou plus. Tous les objets possèdent des disques d'accrétion extrêmement lumineux qui émettent plus de deux mille milliards de fois la production d'énergie de notre soleil. Cela signifie que la matière tombe continuellement vers l'intérieur, enfermé dans un disque et chauffé avant de faire le plongeon final dans le trou noir.

"La question principale maintenant est de savoir comment ces énormes trous noirs ont pu se former dans un univers si jeune, " a déclaré Gasparrini. "Nous ne savons pas quels mécanismes ont déclenché leur développement rapide."

En attendant, l'équipe prévoit de poursuivre une recherche approfondie d'exemples supplémentaires.

"Nous pensons que Fermi n'a détecté que la pointe de l'iceberg, les premiers exemples d'une population de galaxies qui n'avait pas été détectée auparavant dans les rayons gamma, " dit Ajello.