Les astronomes de l’Université du Texas et de l’Université d’Arizona ont découvert un trou noir en croissance rapide dans l’une des galaxies les plus connues de l’univers primordial. La découverte de la galaxie et du trou noir au centre fournit de nouvelles pistes sur la formation des tout premiers trous noirs supermassifs. Le nouveau travail est publié (réf.) dans Monthly Notice de la Royal Astronomical Society.
En utilisant l’Atacama Large Millimeter Array (ALMA), un observatoire radio situé au Chili, l’équipe a déterminé que la galaxie COS-87259 est très extrême. Elle forme des étoiles à une vitesse 1000 fois supérieure à celle de la Voie lactée et contient plus d’un milliard de masses solaires de poussière interstellaire. La galaxie brille intensément à la fois pour cette intense formation d’étoiles et pour le trou noir en croissance rapide au centre.
Une nouvelle typologie de trous noirs
Ce trou noir est considéré comme un nouveau type de trou noir primordial. Lourdement enveloppé de poussière cosmique, il émet presque toute sa lumière dans le moyen infrarouge du spectre électromagnétique. Les chercheurs ont également découvert que ce trou noir supermassif en croissance génère un fort jet de matière qui se déplace à une vitesse proche de celle de la lumière.
La façon dont ces trous noirs supermassifs se sont formés reste un mystère pour les scientifiques. En particulier parce que de nombreux objets similaires ont été trouvés lorsque l’Univers était très jeune. Comme la lumière de ces sources met tellement de temps à nous parvenir, nous les voyons telles qu’elles étaient dans le passé. Dans le cas présent, nous avons observé à quoi cela ressemblait seulement 750 millions d’années après le Big Bang, soit environ 5 % de l’âge actuel de l’Univers.
Ce qui est particulièrement surprenant à propos de ce nouvel objet, c’est qu’il a été identifié dans une zone relativement petite du ciel. Cela suggère qu’il pourrait y avoir des milliers de sources similaires dans l’univers primordial. Un résultat complètement inattendu si l’on considère les données antérieures à l’étude.
La confirmation d’une hypothèse décennale
La seule autre classe de trous noirs supermassifs que nous connaissions dans l’univers primordial sont les quasars. Des trous noirs actifs relativement non obscurcis par la poussière cosmique. Ces quasars sont extrêmement rares, à peine quelques dizaines situées dans tout le ciel. La découverte surprenante de COS-87259 et de son trou noir soulève plusieurs questions sur l’abondance des tout premiers trous noirs supermassifs.
Ryan Endsley, l’auteur principal de l’article, déclare “Ces résultats suggèrent que les premiers trous noirs supermassifs étaient souvent lourdement obscurcis par la poussière, probablement en raison de l’intense activité de formation d’étoiles des galaxies qui les hébergeaient. Cette hypothèse prévue depuis des décennies a aujourd’hui les premières preuves observationnelles directes à l’appui de ce scénario”.
Des objets similaires ont été trouvés dans le cosmos local, comme Arp 299 montré dans la photo. Dans ce système, deux galaxies entrent en collision. La collision génère une explosion stellaire intense et un assombrissement massif du trou noir supermassif en croissance dans l’une des deux galaxies. “Bien que personne ne s’attendait à trouver ce type d’objet dans l’Univers primitif, sa découverte nous permet de faire un pas vers la compréhension du cosmos. Maintenant, nous savons comment des milliards de masses solaires de trous noirs ont pu se former si tôt dans la vie de l’Univers”, a conclu Endsley.