Crédit :Université de Portsmouth
Le mystère de la formation des premiers quasars de l'univers, qui a déconcerté les scientifiques pendant près de 20 ans, a été résolu par une équipe d'astrophysiciens dont les découvertes sont publiées dans Nature .
L'existence de plus de 200 quasars alimentés par des trous noirs supermassifs moins d'un milliard d'années après le Big Bang était restée l'un des problèmes en suspens en astrophysique car on n'a jamais vraiment compris comment ils se sont formés si tôt.
L'équipe d'experts dirigée par le Dr Daniel Whalen de l'Université de Portsmouth a découvert que les premiers quasars se sont naturellement formés dans les conditions violentes et turbulentes de rares réservoirs de gaz de l'univers primitif.
Le Dr Whalen, de l'Institut de cosmologie et de gravitation de l'Université, a déclaré :"Cette découverte est particulièrement excitante car elle a bouleversé 20 ans de réflexion sur l'origine des premiers trous noirs supermassifs dans l'univers.
"Nous trouvons aujourd'hui des trous noirs supermassifs au centre de la plupart des galaxies massives, qui peuvent être des millions ou des milliards de fois la masse du soleil. Mais en 2003, nous avons commencé à trouver des quasars - des trous noirs supermassifs très lumineux et à accrétion active qui ressemblent phares cosmiques de l'univers primitif, qui existaient moins d'un milliard d'années après le Big Bang. Et personne n'a compris comment ils se sont formés à une époque aussi ancienne."
Il y a quelques années, des simulations de superordinateurs ont montré que les premiers quasars pouvaient se former aux jonctions de flux de gaz rares, froids et puissants. Seule une douzaine d'entre eux existaient dans un volume d'espace d'un milliard d'années-lumière de diamètre, mais le trou noir devait avoir 100 000 masses solaires à la naissance. Les trous noirs se forment aujourd'hui lorsque des étoiles massives manquent de carburant et s'effondrent, mais ils ne font généralement que 10 à 100 masses solaires.
Les astrophysiciens avaient longtemps émis l'hypothèse que 10 000 à 100 000 étoiles de masse solaire se formaient dans l'univers primitif, mais uniquement dans des environnements exotiques et finement réglés comme de forts arrière-plans ultraviolets ou des flux supersoniques entre le gaz et la matière noire qui n'avaient aucune ressemblance avec les nuages turbulents dans lesquels le premier des quasars se sont formés.
Le Dr Whalen a déclaré :"Nous pensons que ces étoiles ressemblent un peu à des dinosaures sur terre, elles étaient énormes et primitives. Et elles ont eu une vie courte, vivant seulement un quart de million d'années avant de s'effondrer en trous noirs.
"Nos modèles de supercalculateurs remontent à des temps très anciens et ont découvert que les flux de gaz froids et denses capables de faire croître un trou noir d'un milliard de masse solaire en quelques centaines de millions d'années seulement créaient leurs propres étoiles supermassives sans avoir besoin d'environnements inhabituels. des courants froids provoquaient des turbulences dans le nuage qui empêchaient la formation d'étoiles normales jusqu'à ce que le nuage devienne si massif qu'il s'effondre de manière catastrophique sous son propre poids, formant deux gigantesques étoiles primordiales, l'une de 30 000 masses solaires et l'autre de 40 000.
"Par conséquent, les seuls nuages primordiaux qui pouvaient former un quasar juste après l'aube cosmique - lorsque les premières étoiles de l'univers se sont formées - ont également créé leurs propres graines massives. Ce résultat simple et magnifique explique non seulement l'origine des premiers quasars mais aussi leurs données démographiques :leur nombre au début.
"Les premiers trous noirs supermassifs étaient simplement une conséquence naturelle de la formation de structures dans les cosmologies de matière noire froide, les enfants de la toile cosmique."
L'article "Les origines turbulentes des premiers quasars" est publié dans Nature . Des trous noirs se sont-ils formés immédiatement après le Big Bang ?
