L'apparition de trous noirs supermassifs à l'aube de l'univers a intrigué les astronomes depuis leur découverte il y a plus d'une décennie. On pense qu'un trou noir supermassif se forme sur des milliards d'années, mais plus de deux douzaines de ces mastodontes ont été aperçus dans les 800 millions d'années du Big Bang il y a 13,8 milliards d'années.

Dans une nouvelle étude de la revue Astronomie de la nature , une équipe de chercheurs de la Dublin City University, Université de Columbia, Géorgie Tech, et l'Université d'Helsinki, ajouter des preuves à une théorie de la façon dont ces anciens trous noirs, environ un milliard de fois plus lourd que notre soleil, peut s'être formé et prendre rapidement du poids.

Dans les simulations informatiques, les chercheurs montrent qu'un trou noir peut se développer rapidement au centre de sa galaxie hôte si une galaxie voisine émet suffisamment de rayonnement pour désactiver sa capacité à former des étoiles. Ainsi désactivé, la galaxie hôte grandit jusqu'à son effondrement éventuel, former un trou noir qui se nourrit du gaz restant, et ensuite, poussière, étoiles mourantes, et éventuellement d'autres trous noirs, devenir super gigantesque.

"L'effondrement de la galaxie et la formation d'un trou noir d'un million de masse solaire prend 100, 000 ans—un coup dans le temps cosmique, " déclare le co-auteur de l'étude Zoltan Haiman, professeur d'astronomie à l'université Columbia. "Quelques centaines de millions d'années plus tard, il est devenu un trou noir supermassif d'un milliard de masse solaire. C'est beaucoup plus rapide que prévu."

Dans l'univers primitif, les étoiles et les galaxies se sont formées lorsque l'hydrogène moléculaire a refroidi et dégonflé un plasma primordial d'hydrogène et d'hélium. Cet environnement aurait empêché les trous noirs de devenir très gros, car l'hydrogène moléculaire transformait le gaz en étoiles suffisamment loin pour échapper à l'attraction gravitationnelle des trous noirs. Les astronomes ont proposé plusieurs façons dont les trous noirs supermassifs auraient pu surmonter cette barrière.

Dans une étude de 2008, Haiman et ses collègues ont émis l'hypothèse que le rayonnement d'une galaxie voisine massive pourrait diviser l'hydrogène moléculaire en hydrogène atomique et provoquer l'effondrement du trou noir naissant et de sa galaxie hôte plutôt que de générer de nouveaux amas d'étoiles.

Une étude ultérieure dirigée par Eli Visbal, puis chercheur postdoctoral à Columbia, ont calculé que la galaxie voisine devrait être au moins 100 millions de fois plus massive que notre soleil pour émettre suffisamment de rayonnement pour arrêter la formation d'étoiles. Bien que relativement rare, suffisamment de galaxies de cette taille existent dans l'univers primitif pour expliquer les trous noirs supermassifs observés jusqu'à présent.