Une question de longue date en astrophysique est la suivante :comment et quand les trous noirs supermassifs sont-ils apparus et se sont-ils développés dans l'univers primitif ? De nouvelles recherches utilisant l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA et le Sloan Digital Sky Survey (SDSS) suggèrent qu'une réponse à cette question réside dans la façon dont les trous noirs géants peuvent consommer de la matière dans le premier milliard d'années après le Big Bang.

Les astronomes ont déterminé que le Big Bang s'est produit il y a environ 13,8 milliards d'années et ont des preuves du SDSS que des trous noirs supermassifs avec des masses d'environ un milliard de fois celles du soleil existaient il y a environ 12,8 milliards d'années. Cela implique que les trous noirs supermassifs se sont développés rapidement au cours du premier milliard d'années après le Big Bang. Encore, les scientifiques ont eu du mal à trouver des signes de ces trous noirs géants en pleine croissance.

"Les trous noirs supermassifs ne naissent pas spontanément - ils doivent ingérer de grandes quantités de matière et cela prend du temps, " a déclaré l'auteur principal Edwige Pezzulli, Doctorant de l'Université de Rome en Italie et membre du projet "FIRST", financé par le Conseil européen de la recherche. "Nous essayons de comprendre comment ils ont fait cela sans dégager de nombreux signes révélateurs de cette croissance."

Lorsque le matériau tombe vers un trou noir, il s'échauffe, et produit de grandes quantités de rayonnement électromagnétique, y compris l'émission abondante de rayons X. Les trous noirs à croissance rapide dans le tout premier Univers devraient être détectables avec Chandra. Cependant, ces trous noirs supermassifs en croissance se sont avérés insaisissables, avec seulement quelques-uns, candidats encore à confirmer trouvés dans de très longues observations de Chandra telles que le Chandra Deep Field-South, l'image radiographique la plus profonde jamais prise.

Pour résoudre cette énigme, Pezzulli et ses collègues ont examiné différents modèles théoriques et les ont testés par rapport aux données optiques du SDSS et aux données de rayons X de Chandra. Leurs découvertes indiquent que l'alimentation des trous noirs à cette époque peut s'allumer brusquement et durer de courtes périodes, ce qui signifie que cette croissance peut être difficile à repérer.

"Dans notre modèle, seulement environ un tiers des trous noirs consommaient activement de la matière et se développaient il y a 13 milliards d'années", a déclaré la co-auteur Rosa Valiante de l'Institut national d'astrophysique (INAF) en Italie et membre de l'équipe FIRST. "Environ 200 millions d'années plus tôt, seuls 3% des trous noirs mangeaient activement. il semble, peut être tout."

Les chercheurs sont parvenus à leurs conclusions après avoir testé plusieurs hypothèses, qui supposaient tous que la croissance du trou noir pourrait dépasser la limite dite d'Eddington, où la pression vers l'extérieur du rayonnement du gaz chaud équilibre l'attraction vers l'intérieur de la gravité du trou noir.

Les résultats des auteurs ont contesté la possibilité que seule une petite fraction des galaxies au cours du premier milliard d'années après le Big Bang contiennent des trous noirs supermassifs. Aussi, bien que ces premiers trous noirs aient probablement été obscurcis par d'épais nuages ​​de matière, les auteurs ont constaté que la plupart des rayons X auraient pu pénétrer ces nuages.

L'étude est basée sur l'idée qu'à leur naissance, les premiers trous noirs ne pesaient qu'une centaine de soleils. "Ces graines de trous noirs "légers" pourraient être les vestiges de la première génération d'étoiles massives formées seulement quelques centaines de millions d'années après le Big Bang", a déclaré la co-auteure Maria Orofino, Doctorant de la Scuola Normale Superiore en Italie.

Les chercheurs, une équipe de femmes scientifiques, dont Simona Gallerani de la Scuola Normale Superiore de Pise et Tullia Sbarrato de l'Université Bicocca de Milan, en Italie, ont découvert que les trous noirs peuvent tellement grossir dans leurs poussées relativement rares de croissance intense que les graines lumineuses peuvent atteindre un milliard de fois la masse du Soleil alors que l'univers n'a qu'un milliard d'années.

"Afin de savoir si nous avons finalement raison, nous devrons examiner de plus grandes étendues du ciel aux rayons X pour voir si nous pouvons trouver le début, se régaler des trous noirs que nos modèles ont prédits, " dit Raphaëlle Schneider, de l'Université de Sapienza en Italie et leader du projet ERC FIRST. "Nos résultats sont certainement prometteurs."