Un supermassif trou noir dans l’Univers primitif est le plus vorace de son espèce que nous ayons jamais vu.
Il se trouve au milieu d’une galaxie appelée LID-568, observée seulement 1,5 milliard d’années après le Big Bangsemblant engloutir de la matière à un rythme époustouflant de plus de 40 fois le maximum théorique connu sous le nom de limite d’Eddington.
Nous n’avons jamais rien vu de pareil – et c’est une découverte qui pourrait nous aider à percer l’un des plus grands mystères de l’Univers primitif : à quel point l’univers est supermassif. trous noirs devenir incroyablement massif en si peu de temps après le Big Bang.
« Ce trou noir se régale » dit l’astronome Julia Scharwächter de l’Observatoire Gemini et du NOIRLab de la NSF. « Ce cas extrême montre qu’un mécanisme d’alimentation rapide au-dessus de la limite d’Eddington est l’une des explications possibles de la raison pour laquelle nous observons ces trous noirs très lourds si tôt dans l’Univers. »
La limite d’Eddington est une conséquence naturelle du processus d’alimentation des trous noirs. Lorsqu’un trou noir accumule activement de grandes quantités de matière, cette matière ne tombe pas directement dans le puits de gravité, mais tourbillonne d’abord comme de l’eau entourant un drain, seule la matière située au bord interne du disque traverse l’horizon jusqu’au trou noir. .
L’incroyable quantité de friction et de gravité chauffe ce disque de matériau à des températures extrêmement élevées, le faisant briller de lumière. Mais le problème avec la lumière, c’est qu’elle exerce une forme de pression.
Un seul photon ne fera pas grand-chose, mais l’éclat d’un disque d’accrétion de trou noir supermassif actif est une autre affaire. À un certain point, la pression vers l’extérieur du rayonnement correspond à l’attraction gravitationnelle vers l’intérieur du trou noir, empêchant ainsi la matière de se rapprocher. C’est la limite d’Eddington.
Briser la limite d’accrétion d’Eddington est possible. C’est connu comme accrétion de super-Eddingtonau cours de laquelle le trou noir devient complètement fou, avalant autant de masse que possible avant que la pression de radiation ne prenne le dessus. C’est une des façons dont les astronomes pensent que les trous noirs supermassifs, à la nuit des temps, pourraient atteindre des masses qui défie toute explication facile.
Dirigée par l’astronome Hyewon Suh de l’Observatoire Gemini et du NOIRLab de la NSF, une équipe de chercheurs a utilisé JWST pour effectuer des observations de suivi d’une poignée de galaxies identifiées par l’Observatoire à rayons X Chandra qui étaient brillantes dans les rayons X mais sombres dans d’autres longueurs d’onde.
Lorsqu’ils arrivèrent au LID-568, ils eurent du mal à identifier sa distance dans l’espace-temps. La galaxie était très faible et très difficile à voir ; mais, en utilisant le spectrographe de champ intégral sur le JWST Instrument NIRSpecl’équipe s’est concentrée sur la position exacte de la galaxie.
L’emplacement éloigné du LID-568 est surprenant. Bien que l’objet soit faible par rapport à notre position dans l’Univers, sa distance signifie qu’il doit être incroyablement brillant intrinsèquement. Des observations détaillées révélées sorties puissantes du trou noir supermassif, une signature d’accrétion alors qu’une partie de la matière est détournée et projetée dans l’espace.
Une analyse minutieuse des données a révélé que le trou noir supermassif est relativement petit, comme le sont les trous noirs supermassifs ; seulement 7,2 millions de fois la masse du Soleil. Et la quantité de lumière produite par le matériau autour du disque était bien plus élevée que ce qu’un trou noir de cette masse devrait être capable de produire. Cela suggère un taux d’accrétion environ 40 fois supérieur à la limite d’Eddington.
À ce rythme, la période d’accrétion de Super-Eddington devrait être extrêmement brève, ce qui signifie que Suh et son équipe ont eu beaucoup de chance de l’observer en action. Et nous espérons que LID-568 deviendra une cible d’observation populaire pour les scientifiques des trous noirs, nous permettant ainsi d’avoir un rare aperçu des processus de super-Eddington.
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En retour, cela pourrait nous aider à comprendre l’Univers primitif. Il existe des preuves suggérant que les premiers trous noirs supermassifs se sont formés non pas à partir d’étoiles effondrées telles que nous les connaissons, mais à partir d’étoiles énormes et d’énormes amas de gazs’effondrant directement sous l’effet de la gravité. Cela leur donnerait une longueur d’avance sur leur chemin pour devenir les trous noirs géants que nous voyons aujourd’hui dans l’Univers. Des explosions d’accrétion de super-Eddington pourraient constituer une autre pièce du puzzle.
« La découverte d’un trou noir en accumulation de super-Eddington suggère qu’une partie importante de la croissance massive peut se produire au cours d’un seul épisode d’alimentation rapide », Suh dit« que le trou noir provienne d’une graine légère ou lourde. »
La recherche a été publiée dans Astronomie naturelle.
