En scrutant les débuts de l'univers, le Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire européen austral a récemment confirmé la découverte du quasar le plus brillant et à la croissance la plus rapide. Les quasars sont des objets lumineux dans le ciel nocturne, alimentés par du gaz tombant dans un grand trou noir au centre d'une galaxie.
La découverte de cet objet record était déjà assez fascinante. Mais un autre aspect crucial de cette annonce est qu’elle soulève de grandes questions sur la formation des galaxies au début de l’univers. En particulier, il reste curieux de savoir comment ce quasar, qui existait moins de deux milliards d’années après le Big Bang, aurait pu croître aussi rapidement. Explorer cette énigme pourrait même conduire à repenser la façon dont les galaxies sont nées.
Les trous noirs, les objets les plus denses de l’univers, portent ce nom parce que leur attraction gravitationnelle est si incroyablement forte que même la lumière ne peut leur échapper. Comment alors un trou noir peut-il être à l’origine d’une source de lumière aussi intense ?
Eh bien, dans certaines galaxies, où le trou noir est suffisamment grand, la matière est attirée à un rythme extrêmement élevé. Au fur et à mesure de sa spirale, de violentes collisions entre gaz, poussières et étoiles entraînent l’émission d’énormes quantités d’énergie lumineuse. Plus le trou noir est grand, plus les collisions sont violentes et plus la lumière est émise.
Le quasar qui a fait l'objet de la dernière étude, connu sous le nom de J0529-4351, a une masse équivalente à 17 milliards de soleils et est incroyablement grand. Il y a un disque de matière en spirale s’étendant sur une largeur de sept années-lumière au centre de la galaxie et le trou noir grandit en accrétant (accumulant) cette matière. La largeur du disque est comparable à la distance entre la Terre et le système stellaire le plus proche, Alpha Centauri.
Le trou noir croît rapidement en consommant une quantité de masse record, équivalente à un soleil par jour. Cette intense accumulation de matière libère une quantité d'énergie radiative équivalente à un quadrillion (mille billions) de soleils.
Cela soulève la question de savoir pourquoi un objet aussi brillant vient tout juste d’être identifié dans le ciel nocturne, malgré des décennies d’observations astronomiques. Il s'avère que ce quasar sournois se cachait à la vue de tous.
Malgré son étonnante luminosité, J0529-4351 est très lointaine, ce qui signifie qu’elle se fond parfaitement dans une mer d’étoiles plus sombres qui se trouvent beaucoup plus près de la Terre. En fait, ce quasar est si loin que la lumière qu'il émet met 12 milliards d'années pour nous atteindre ici sur Terre.
L'âge de l'univers est d'environ 13,7 milliards d'années. Ce quasar existait donc seulement 1,7 milliard d'années après le Big Bang, au début de l'univers.
C'est l'expansion de l'univers suite au Big Bang qui permet de mesurer la distance, et donc l'âge, de ce quasar. Une formule simple connue depuis longtemps, appelée loi de Hubble, stipule que connaître la vitesse à laquelle un objet s'éloigne de nous nous permet de calculer à quelle distance il se trouve.
Les collisions qui se produisent lorsque la matière s'enroule dans le trou noir de ce quasar l'élèvent à des températures torrides de 10 000°C. Dans ces conditions, les atomes du système émettent un spectre de lumière caractéristique.
Ces fréquences lumineuses discrètes forment une sorte de code-barres que les astronomes peuvent utiliser pour identifier les compositions élémentaires des objets dans le ciel nocturne. À mesure qu'un objet émettant de la lumière s'éloigne de nous, la fréquence de cette lumière observée subit un changement, un peu comme la fréquence sonore d'une sirène d'ambulance change selon qu'elle se dirige vers vous ou s'éloigne de vous.
Ce changement observé dans les objets astronomiques est connu sous le nom de redshift. Ceci, associé à la loi de Hubble, a permis de confirmer à la fois l'âge et la distance (ces deux propriétés sont liées en cosmologie) de J0529-4351.
Ce phare lumineux du premier univers a soulevé une question importante qui déconcerte les astronomes :comment ce trou noir a-t-il pu, en un laps de temps relativement court, se développer si rapidement pour devenir un objet aussi massif ? Selon les modèles bien acceptés de l'univers primitif, il aurait fallu plus de temps pour atteindre cette taille.
De plus, en ajustant les modèles d'intelligence artificielle (IA) utilisés pour analyser les données du télescope à la recherche de ces objets inhabituels, il sera encore possible d'en découvrir davantage dans les années à venir. S'ils ressemblent à J0529-4351, les physiciens devraient sérieusement repenser leurs modèles de l'univers primitif et de la formation des galaxies.
Le trou noir dont la croissance est la plus rapide jamais observée sera la cible idéale pour un système appelé Gravity+, une prochaine mise à niveau d'un instrument du Very Large Telescope appelé interféromètre. Cet interféromètre est un moyen ingénieux de combiner les données des quatre télescopes distincts qui composent le VLT.
Gravity+ est conçu pour mesurer directement avec précision la vitesse de rotation et la masse des trous noirs, en particulier ceux qui se trouvent loin de la Terre.
En outre, l'Extremely Large Telescope de l'Observatoire européen austral, un télescope à réflexion de 39 mètres de diamètre, est actuellement en construction dans le désert chilien d'Atacama. Ceci est conçu pour détecter les longueurs d'onde optiques et proches infrarouges caractéristiques des quasars lointains et rendra l'identification et la caractérisation de ces objets insaisissables encore plus probables à l'avenir.
Fourni par The Conversation
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