Des trous noirs supermassifs « trop gros » pour l’univers primitif pourraient ne pas être si massifs après tout

Le télescope spatial James Webb (JWST) a, au cours des quatre dernières années, réalisé d’importantes avancées scientifiques en observant l’univers primitif. Cependant, cet instrument de 10 milliards de dollars a également posé un problème majeur aux astronomes.

Le JWST a régulièrement détecté des trous noirs supermassifs dans l’univers ancien, dont la masse atteint plusieurs centaines de millions de fois celle du soleil, des tailles qui semblent impossibles à atteindre avant que l’univers n’ait atteint l’âge d’un milliard d’années. Ces géants cosmiques sont également trop massifs par rapport aux petites galaxies qui les abritent, remettant en question les connaissances des astronomes sur la relation entre les trous noirs supermassifs et leurs galaxies hôtes, telles qu’observées dans l’univers moderne.

Des recherches récentes suggèrent que ce problème pourrait être moins important qu’on ne le pensait. L’équipe de recherche propose que ces trous noirs supermassifs précoces ne soient pas aussi monstrueux que les estimations précédentes.

Alessandro Trinca, responsable de l’étude à l’Observatoire astronomique de Rome de l’Institut national d’astrophysique (INAF), a déclaré : « Nous estimons des masses d’environ un à dix millions de masses solaires, comparées aux dizaines ou centaines de millions précédemment inférées. Ces objets restent énormes, comparables au trou noir de quatre millions de masses solaires au centre de la Voie lactée, mais ils se situent à l’extrémité inférieure de la population des trous noirs supermassifs. »

Une énigme liée aux rayons X manquants

En explorant le mystère des trous noirs supermassifs, Trinca et ses collègues ont découvert un autre paradoxe. Pour atteindre de telles tailles, ces trous noirs doivent se nourrir avidement de gaz et de poussière environnants, et ces trous noirs affamés sont généralement de puissants émetteurs de rayons X. Cependant, cela ne semble pas être le cas pour ceux observés par le JWST. L’équipe a examiné 14 trous noirs supermassifs silencieux en rayons X et a trouvé une autre façon d’interpréter cette absence d’émission.

« Presque aucun d’eux n’est détecté en rayons X, même lors d’observations approfondies avec le télescope spatial Chandra », a déclaré Trinca. « Nous avons interprété ce manque de rayons X comme un indice plutôt qu’un problème. En l’intégrant dans notre analyse, nous découvrons que ces objets sont probablement beaucoup moins massifs que précédemment estimé. Cela rapproche leurs masses estimées des propriétés de leurs galaxies hôtes. »

Cette recherche suggère que ces trous noirs supermassifs précoces pourraient ne pas être aussi massifs que théorisé auparavant, mais qu’ils se nourrissent encore plus rapidement que prévu.

Vers une nouvelle compréhension

Trinca explique que ce paradoxe apparent est lié à la manière dont un trou noir accumule de la matière à des taux extrêmement élevés. Le disque de gaz autour du trou noir devient épais, formant une structure en forme de beignet, ce qui empêche les rayons X, normalement émis par la région chaude, de s’échapper. « Ce manque de rayons X n’est donc pas inattendu dans ce scénario ; c’est en fait une prédiction du modèle », a-t-il ajouté.

La recherche indique également que les trous noirs supermassifs pourraient entrer dans des phases de « sur-accrétion » brèves. Si ces trous noirs sont jusqu’à trente fois moins massifs que précédemment estimé, cela signifie qu’il y a beaucoup moins de masse à accumuler dans le temps disponible, rendant leur histoire de croissance moins extrême.

Pour confirmer cette théorie, des preuves astronomiques supplémentaires seront nécessaires. Trinca souligne que l’étude d’objets similaires à des décalages rouges plus faibles pourrait fournir des informations précieuses. À l’avenir, des missions fournissant des observations en rayons X plus profondes et des spectres améliorés seront cruciales pour détecter l’émission de rayons X faible prédite par ce scénario.

L’étude de l’équipe a été publiée dans l’édition de juin du journal Astronomy & Astrophysics.

Source : Space.com