UN trou noir découverte cachée dans l’Aube Cosmique est tout simplement trop grande pour être expliquée facilement. Situé au centre d’une galaxie appelée J1120+0641, il fait pencher la balance avec une masse bien supérieure à un milliard de Soleils.
Plus gros trous noirs existent tout autour de nous aujourd’hui. Le problème est que quand de l’existence de J1120+0641. Moins de 770 millions d’années après Big Bangil est difficile de comprendre comment le trou noir a eu le temps d’acquérir autant de masse.
Nous connaissons la galaxie et son trou noir depuis plus d’une décennie, et les scientifiques avaient des idées sur la façon dont il est apparu. Désormais, les observations utilisant la JWST J’ai rejeté l’une de ces notions. D’après toutes les mesures prises, J1120+0641 semble « incroyablement normal », laissant ouvertes des explications plus exotiques sur le gain de poids du trou noir.
La découverte de J1120+0641 a été annoncé en 2011et elle est restée pendant quelques années la galaxie quasar la plus éloignée connue. En fait, ce fut quelques années. Pour autant que nous le sachions, J1120+0641 était une valeur aberrante, et une explication possible de sa taille était toujours sur la table.
Les galaxies quasars sont des galaxies qui possèdent un trou noir supermassif central qui se nourrit à une vitesse fulgurante. Elles sont entourées d’un vaste nuage de gaz et de poussière qu’elles aspiraient aussi vite qu’elles le pouvaient. La friction et la gravité autour du trou noir chauffent la matière, la faisant briller de mille feux.
Mais la vitesse à laquelle un trou noir peut se nourrir n’est pas illimitée. Le taux stable maximum est déterminé par son Limite d’Eddingtonau-delà duquel le matériau chauffé brille si fort que la pression de radiation dépasserait l’attraction gravitationnellerepoussant le matériau et ne laissant rien dont le trou noir puisse se nourrir.
Les trous noirs peuvent entrer brièvement dans une accrétion de super-Eddington, où ils dépassent cette limite et engloutissent autant de matière qu’ils le peuvent avant que la pression de radiation ne se déclenche. C’est l’une des explications possibles du trou noir au centre de J1120+0641 et, à mesure que nous les trouvons en plus grand nombre, autres grands trous noirs qui se cache au début de l’Univers.
Pour rechercher les signes de l’accrétion super-Eddington, les astronomes avaient besoin de données d’une résolution suffisante pour réaliser une analyse détaillée de la lumière de la galaxie, à la recherche de signatures associées à des processus extrêmes. Et pour cela, nous avions besoin du JWST, le télescope spatial le plus puissant jamais construit, optimisé pour scruter ces régions lointaines de l’espace et du temps.
JWST a observé la galaxie début 2023, et une équipe dirigée par l’astronome Sarah Bosman de l’Institut Max Planck d’astronomie en Allemagne a analysé la lumière collectée pour cataloguer les propriétés du matériau autour du trou noir : un énorme tore de poussière sur le trou noir. périphérie, et un disque lumineux tourbillonnant et alimentant le trou noir.
Cette analyse révèle que le trou noir se nourrit en fait assez normalement – rien dans son accrétion ne semble significativement différent de celui d’autres galaxies quasars plus récentes.
Une explication possible à la présence de ces trous noirs géants est que la poussière supplémentaire aurait conduit les astronomes à surestimer leur masse. Pourtant, il n’y a aucun signe de poussière supplémentaire.
Cela signifie que J1120+0641 est ce qu’elle semble être : une galaxie quasar assez normale, avec un trou noir qui n’engloutit pas de matière à un rythme très élevé. Le trou noir et la façon dont il se nourrit étaient déjà relativement matures au moment où nous l’avons observé, quelques centaines de millions d’années après le Big Bang
« Dans l’ensemble, les nouvelles observations ne font qu’ajouter au mystère : les premiers quasars étaient étonnamment normaux », Bosman dit. « Quelles que soient les longueurs d’onde dans lesquelles nous les observons, les quasars sont presque identiques à toutes les époques de l’Univers. »
Cela signifie que l’accrétion super-Eddington n’est pas la solution à la croissance de trous noirs incroyablement massifs à l’aube des temps.
L’autre explication principale est que les trous noirs se sont formés à partir de « graines » assez grosses. Plutôt qu’un processus lent et progressif à partir d’un objet de la taille d’une étoile, cette théorie propose que les trous noirs se soient formés à partir de l’effondrement d’amas de matière ou même d’étoiles extrêmement énormes, jusqu’à des centaines de milliers de fois la masse du Soleil, ce qui leur a donné une longueur d’avance.
Alors que nous trouvons de plus en plus de ces géants cachés dans le brouillard au début de l’Univers, cette notion semble moins bizarre et ressemble davantage à la meilleure explication possible que nous ayons pour cette époque mystérieuse de l’histoire de notre Univers.
La recherche a été publiée dans Astronomie de la nature.
