Les astronomes ont découvert des preuves d'un jet de particules extraordinairement long provenant d'un trou noir supermassif dans l'Univers primitif, à l'aide de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA.

Si confirmé, ce serait le trou noir supermassif le plus éloigné avec un jet détecté en rayons X, provenant d'une galaxie à environ 12,7 milliards d'années-lumière de la Terre. Cela peut aider à expliquer comment les plus grands trous noirs se sont formés à une époque très précoce de l'histoire de l'Univers.

La source du jet est un quasar - un trou noir supermassif à croissance rapide - nommé PSO J352.4034-15.3373 (PJ352-15 en abrégé), qui se trouve au centre d'une jeune galaxie. C'est l'un des deux quasars les plus puissants détectés dans les ondes radio au cours du premier milliard d'années après le Big Bang, et est environ un milliard de fois plus massive que le Soleil.

Comment les trous noirs supermassifs sont-ils capables de croître si rapidement pour atteindre une masse aussi énorme à cette première époque de l'Univers ? C'est l'une des questions clés de l'astronomie aujourd'hui.

Malgré leur gravité puissante et leur réputation redoutable, les trous noirs n'attirent pas forcément tout ce qui s'en approche. Le matériau en orbite autour d'un trou noir dans un disque doit perdre de la vitesse et de l'énergie avant de pouvoir retomber plus loin vers l'intérieur pour traverser ce qu'on appelle l'horizon des événements, le point de non-retour. Les champs magnétiques peuvent provoquer un effet de freinage sur le disque car ils alimentent un jet, qui est l'un des principaux moyens pour le matériau du disque de perdre de l'énergie et, donc, augmenter le taux de croissance des trous noirs.

"Si un manège de terrain de jeu avance trop vite, il est difficile pour un enfant de se déplacer vers le centre, alors quelqu'un ou quelque chose doit ralentir le trajet, " a déclaré Thomas Connor du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA à Pasadena, Californie, qui a dirigé l'étude. « Autour des trous noirs supermassifs, nous pensons que les jets peuvent emporter suffisamment d'énergie pour que la matière puisse tomber vers l'intérieur et que le trou noir puisse se développer."

Les astronomes ont dû observer PJ352-15 pendant un total de trois jours en utilisant la vision nette de Chandra pour détecter les preuves du jet de rayons X. L'émission de rayons X a été détectée environ 160, 000 années-lumière du quasar dans la même direction que des jets beaucoup plus courts observés dans les ondes radio. Par comparaison, l'ensemble de la Voie lactée s'étend sur environ 100, 000 années-lumière.

PJ352-15 bat plusieurs records astronomiques différents. D'abord, le jet le plus long observé depuis le premier milliard d'années après le Big Bang n'avait que 5 ans environ, 000 années-lumière de longueur, correspondant aux observations radio de PJ352-15. Seconde, PJ352-15 est environ 300 millions d'années-lumière plus loin que le jet de rayons X le plus éloigné enregistré avant lui.

"La longueur de ce jet est importante car cela signifie que le trou noir supermassif qui l'alimente s'est développé pendant une période de temps considérable, " a déclaré le co-auteur Eduardo Bañados de l'Institut Max Planck d'astronomie (MPIA) à Heidelberg, Allemagne. "Ce résultat souligne comment les études aux rayons X des quasars distants fournissent un moyen essentiel d'étudier la croissance des trous noirs supermassifs les plus distants."

La lumière détectée par ce jet a été émise alors que l'Univers n'avait que 0,98 milliard d'années, moins du dixième de son âge actuel. À ce point, l'intensité du rayonnement de fond cosmique micro-ondes (CMB) laissé par le Big Bang était beaucoup plus grande qu'elle ne l'est aujourd'hui.

Alors que les électrons du jet s'éloignent du trou noir à une vitesse proche de la vitesse de la lumière, ils se déplacent et entrent en collision avec des photons constituant le rayonnement CMB, augmenter l'énergie des photons dans la gamme des rayons X à détecter par Chandra. Dans ce scénario, les rayons X sont considérablement augmentés en luminosité par rapport aux ondes radio. Cela concorde avec l'observation selon laquelle la grande caractéristique du jet de rayons X n'a ​​pas d'émission radio associée.

"Notre résultat montre que les observations aux rayons X peuvent être l'un des meilleurs moyens d'étudier les quasars avec des jets dans l'Univers primitif, " a déclaré le co-auteur Daniel Stern, aussi de JPL. "Ou pour le dire autrement, Les observations aux rayons X dans le futur pourraient être la clé pour percer les secrets de notre passé cosmique."

Un article décrivant ces résultats a été accepté pour publication dans Le Journal d'Astrophysique.