Les astronomes découvrent un trou noir supermassif caché dans le cosmos
Des astronomes utilisant le télescope spatial James Webb ont observé un mystérieux « Petit Point Rouge » (LRD) avec un niveau de détail sans précédent, fournissant des preuves solides que ces objets de couleur rouge dans les images de Webb sont des trous noirs supermassifs enveloppés dans des cocons denses de gaz.
Peu après le lancement de Webb, des astronomes ont commencé à repérer ces objets énigmatiques dans l’univers primordial, quelques centaines de millions d’années après le Big Bang. Leur nombre a chuté de manière significative lorsque l’univers a atteint environ 1,5 milliard d’années. Leur nature était incertaine : s’agissait-il de galaxies en pleine formation stellaire ou de trous noirs supermassifs enveloppés de poussière ?
Les chercheurs se rapprochent maintenant d’une explication, basée sur le spectre le plus profond d’un LRD capturé jusqu’à présent, appelé GLIMPSE-17775, qui existe environ 1,8 milliard d’années après le Big Bang. Sa lumière est amplifiée par un amas de galaxies en avant-plan, agissant comme une lentille gravitationnelle. Une équipe dirigée par Vasily Kokorev (Université du Texas à Austin) a utilisé Webb pour réaliser un spectre de 20 heures de GLIMPSE-17775, mais l’effet de lentille a multiplié cela par quatre, équivalant à 80 heures d’observation.
L’équipe a observé plus de 40 caractéristiques dans le spectre du LRD. Certaines des lignes d’émission étaient épaisses et élargies, suggérant un effet connu sous le nom de « diffusion électronique ». Ces lignes indiquent qu’un cocon dense de gaz entoure la source centrale.
Le spectre contient également des caractéristiques marquées provenant de fer ionisé, d’oxygène et d’hélium, indiquant une source d’énergie puissante cachée dans ce cocon. Les observations sont compatibles avec l’image d’un trou noir actif de 5 millions de masses solaires, entouré de gaz si épais qu’il est opaque. Ce cocon gazeux absorbe une grande partie du rayonnement produit près du trou noir, le réémettant à des longueurs d’onde infrarouges, créant ainsi l’apparence rouge caractéristique des LRD.
Les observations de Webb et de Hubble suggèrent également que GLIMPSE-17775 est intégré dans une galaxie hôte substantielle, ce qui aide à résoudre une caractéristique intrigante du spectre : une diminution caractéristique de la lumière émise, généralement observée chez les LRD, appelée « rupture de Balmer », est plus faible que d’habitude. Cela pourrait être expliqué par la dilution due à la radiation des étoiles dans la galaxie environnante.
Cependant, un défi pour cette interprétation est que le trou noir semble consommer du gaz à un rythme presque deux fois supérieur au seuil théorique, connu sous le nom de « limite d’Eddington ».
Les résultats, s’ils se confirment, apportent une nouvelle preuve que les trous noirs supermassifs trouvés au centre de presque toutes les grandes galaxies aujourd’hui ont grandi à partir de « graines lourdes ». Ce scénario propose que certains trous noirs dans l’univers primordial se sont formés dans un état déjà massif, leur permettant de croître rapidement en trous noirs supermassifs.
Les débats persistent sur la façon dont ces graines de trous noirs lourds se forment peu après le Big Bang.
Source : NASA / ESA / CSA / V. Kokorev (Université du Texas à Austin) / A. Pagan (STScI)
