Des avancées récentes de l’observation spatiale révèlent une quantité surprenante de trous noirs dans l’univers primordial, dépassant les estimations antérieures. Cette recherche, portée par les images capturées par le télescope Hubble, éclaire les mécanismes mystérieux de leur formation et leur rôle dans l’évolution des galaxies, soulignant l’importance de ces découvertes pour notre compréhension cosmique.
Découverts grâce au télescope spatial Hubble de la NASA, les trous noirs dans l’univers primordial sont plus nombreux que ce qui avait été précédemment rapporté : certains pourraient s’être formés par l’effondrement d’étoiles massives et intactes, durant le premier milliard d’années suivant le Big Bang ; d’autres par l’effondrement de nuages de gaz et la fusion d’amas massifs. Ces trous noirs « primordiaux » se seraient formés peu après la naissance de l’univers.
Illustration d’un trou noir
Les trous noirs dans l’univers primordial sont plus nombreux que ceux découverts auparavant : les preuves de leur existence proviennent des images produites par le télescope spatial Hubble de la NASA qui, après plusieurs années depuis la première observation historique, en 2004, des profondeurs du cosmos ou plutôt, du Hubble Ultra Deep Field, la région apparemment sombre et vide, mais qui contient en réalité environ 10 000 galaxies, dans la constellation de la Fornace, sous la constellation d’Orion – a de nouveau pointé son œil dans le proche infrarouge dans cette même région d’investigation.
Cela a permis à une équipe internationale de chercheurs, dirigée par des scientifiques du Département d’astronomie de l’Université de Stockholm, de détecter certaines variations de luminosité des galaxies, qui sont un signe révélateur de trous noirs. En comparant les images produites en 2009, 2012 et 2013, il est cependant apparu que les trous noirs sont plus nombreux que ce qui avait été précédemment rapporté.
Les résultats préliminaires de cette enquête, concernant huit objets – trois variables sont des supernovas, deux sont des noyaux galactiques actifs (AGN) et trois sont les candidats AGN probables – ont été détaillés dans une nouvelle étude publiée dans The Astrophysical Journal Letters, qui a fourni la première mesure du nombre de trous noirs supermassifs dans l’univers primordial.
“Nous estimons une densité numérique de trous noirs supermassifs supérieure à environ ≳ 8× 10−3cMpc−3, ce qui est la valeur la plus élevée rapportée jusqu’à présent à des décalages vers le rouge élevés – écrivent les auteurs de l’étude – Cette abondance de trous noirs supermassifs est également étonnamment semblable à celle de l’univers local.”
Comment les premiers trous noirs pourraient-ils s’être formés
Les trous noirs sont parmi les objets célestes les plus énigmatiques pour les scientifiques : à ce jour, nous n’avons pas encore une image complète de la manière dont les premiers trous noirs se sont formés peu après le Big Bang, même si nous savons que les trous noirs supermassifs, qui peuvent avoir une masse de plus d’un milliard de fois celle du soleil, existent au centre de plusieurs galaxies qui datent de moins d’un milliard d’années après la naissance de l’univers.
“Beaucoup de ces objets semblent être plus massifs que ce que nous pensions à l’origine qu’ils pouvaient être en des époques aussi reculées – a déclaré Alice Young, doctorante à l’Université de Stockholm et co-auteure de l’étude. Une hypothèse est qu’ils étaient déjà très massifs lorsqu’ils se sont formés, ou bien qu’ils ont rapidement augmenté de taille.”
Les trous noirs jouent un rôle important dans le cycle de vie de toutes les galaxies, mais il existe de grandes incertitudes dans notre compréhension de la façon dont les galaxies elles-mêmes évoluent. Pour tenter de comprendre le lien entre l’évolution des galaxies et des trous noirs, les chercheurs s’efforcent donc d’estimer le nombre de trous noirs qui existaient dans les populations de galaxies faibles du Hubble Ultra Deep Field, c’est-à-dire à une époque cosmique où l’univers était très jeune.
Les nouvelles résultats d’observation suggèrent que certains trous noirs se seraient probablement formés par l’effondrement d’étoiles massives et intactes, durant le premier milliard d’années après le Big Bang. “Ces types d’étoiles ne pouvaient exister que dans des temps très anciens dans l’univers, car les étoiles de génération suivante sont polluées par les restes d’étoiles qui ont déjà vécu et sont mortes”, ont précisé les chercheurs. “D’autres alternatives pour la formation de trous noirs incluent l’effondrement de nuages de gaz, des fusions d’étoiles en amas massifs et des trous noirs ‘primordiaux’ qui se sont formés (par des mécanismes physiquement spéculatifs) dans les premières secondes après le Big Bang.”
Avec ces nouvelles informations sur la formation des trous noirs, les astronomes pourront maintenant construire des modèles plus précis de la formation des galaxies, s’appuyant également sur les nouvelles observations effectuées avec le télescope spatial James Webb de la NASA, pour comprendre à quel point les trous noirs galactiques qui se sont formés immédiatement après le Big Bang étaient vraiment massifs.