Les astronomes ont découvert le quasar le plus massif connu dans l'univers primitif, contenant un trou noir monstre d'une masse équivalente à 1,5 milliard de soleils. Officiellement désigné comme J1007+2115, le quasar nouvellement découvert est l'un des deux seuls connus de la même période cosmologique. Les quasars sont les objets les plus énergétiques de l'univers, et depuis leur découverte, les astronomes ont tenu à déterminer quand ils sont apparus pour la première fois dans notre histoire cosmique.

En l'honneur de sa découverte via les télescopes sur Maunakea, une montagne vénérée dans la culture hawaïenne, le quasar a reçu le nom hawaïen Pōniuāʻena, signifiant "source de création filante invisible, entouré d'éclat." C'est le premier quasar à recevoir un nom autochtone, qui a été créé par 30 enseignants d'écoles d'immersion hawaïennes lors d'un atelier animé par le groupe A Hua He Inoa, un programme de nommage hawaïen dirigé par le 'Imiloa Astronomy Center of Hawai'i.

Selon la théorie actuelle, les quasars sont alimentés par des trous noirs supermassifs. Alors que les trous noirs engloutissent la matière environnante telle que la poussière, du gaz ou même des étoiles entières, ils émettent d'énormes quantités d'énergie, résultant en des luminosités connues pour éclipser des galaxies entières.

Le trou noir supermassif alimentant Pōniuāʻena fait de ce quasar le plus éloigné, et donc au plus tôt, objet connu dans l'univers pour abriter un trou noir dépassant 1 milliard de masses solaires. Selon une nouvelle étude documentant la découverte du quasar, la lumière de Pōniuāʻena a mis 13,02 milliards d'années pour atteindre la Terre, commençant son voyage 700 millions d'années seulement après le Big Bang.

"C'est le premier monstre de ce genre que nous connaissions, " dit Jinyi Yang, un associé de recherche postdoctoral à l'observatoire Steward de l'Université de l'Arizona et auteur principal de l'étude, qui sera publié dans Le Lettres de revues astrophysiques . "Le temps était trop court pour qu'il passe d'un petit trou noir à la taille énorme que nous voyons."

La question de savoir comment un trou noir aussi massif a pu se matérialiser alors que l'univers en était encore à ses balbutiements a longtemps contrarié les astronomes et les cosmologistes, a déclaré le co-auteur Xiaohui Fan, Professeur des Regents et directeur associé du département d'astronomie de l'Arizona.

"Cette découverte présente le plus grand défi à ce jour pour la théorie de la formation et de la croissance des trous noirs dans l'univers primitif, ", a déclaré Fan.

L'idée qu'un trou noir aux proportions de Pōniuāʻenas aurait pu évoluer à partir d'un trou noir beaucoup plus petit formé par l'effondrement d'une seule étoile en si peu de temps puisque le Big Bang est presque impossible, selon les modèles cosmologiques actuels.

Au lieu, les auteurs de l'étude suggèrent que le quasar aurait dû commencer comme un trou noir "graine" contenant déjà la masse équivalente de 10, 000 soleils dès 100 millions d'années après le Big Bang.

Retour sur un jeune univers

Pōniuāʻena a été découvert grâce à une recherche systématique des quasars les plus éloignés. Tout a commencé avec l'équipe de recherche qui a passé au peigne fin des enquêtes sur de vastes zones telles que l'enquête d'imagerie DECaLS, qui utilise la caméra à énergie noire du télescope Víctor M. Blanco de 4 mètres situé à l'observatoire interaméricain Cerro Tololo au Chili, et l'enquête d'imagerie UHS, qui utilise la caméra à grand champ sur le télescope infrarouge britannique, situé à Maunakea.

L'équipe a découvert un possible quasar dans les données et, en 2019, l'ont observé avec des télescopes dont le télescope Gemini North et l'observatoire W. M. Keck, tous deux sur Maunakea. Le télescope Magellan de l'observatoire de Las Campanas au Chili a confirmé l'existence de Pōniuāʻena.

"Les observations avec Gemini ont été essentielles pour obtenir les spectres dans le proche infrarouge de haute qualité qui nous ont fourni la mesure de la masse étonnante du trou noir, " a déclaré le co-auteur Feige Wang, un membre Hubble de la NASA à l'observatoire Steward.

La découverte d'un quasar dès l'aube du cosmos offre aux chercheurs un rare aperçu d'une époque où l'univers était encore jeune et très différent de ce que nous voyons aujourd'hui, les chercheurs ont dit.