Parmi les plus grands objets de l’Univers, il y a les trous noirs supermassifs. Des objets pouvant atteindre les 17 milliards de masses solaires concentrées au cœur d’une galaxie. L’un des plus grands mystères de trous noirs supermassifs est en fait assez simple: comment diable peuvent-ils être aussi gros ?

Pendant des années, les astronomes se sont penchés sur deux scénarios : soit ils ont commencé énormes, soit ils ont commencé petits et ont grandi à des vitesses insondables qui briserait notre compréhension actuelle des lois de la physique. Récemment, grâce à de nouveaux indices de Hubble, le télescope spatial de la NASA, nous pourrions enfin avoir une réponse.

Des « graines » de trou noir, d’environ 100 000 fois la masse du Soleil, ont été repérés et ces objets colossaux pourraient être les précurseurs du processus leur permettant de devenir supermassif.

Image d’entête : représentation artistique d’une graine de trou noir. (NASA/CXC/M. Weiss)

Selon Andrea Ferrara de l’École normale supérieure de Pise, en Italie, qui a participé à l’étude :

Il y a beaucoup de controverse sur la voie qu’empreint ces trous noirs. Notre travail suggère que nous convergeons sur une réponse, où les trous noirs commencent grands et grandissent à un taux normal, plutôt que de commencer petit et de croître à un rythme très rapide.

Ce qui rend difficile à concilier l’hypothèse “commencée grand et devenir plus gros » est le fait que les physiciens ont du mal à trouver une “graine candidate” qui soit assez grande pour démarrer un trou noir supermassif, sans tomber dans le problème du “taux impossible de croissance  » de l’hypothèse du “commencé petit pour devenir massif”.

Pour les scientifiques, il serait logique que des graines de trous noirs supermassifs se développent à partir de fusions entre de petits trous noirs pouvant atteindre les 100 masses solaires, et ces graines deviendraient de plus en plus grandes en se “nourrissant” du gaz de leur environnement. A partir d’une certaine taille, ils commencent à s’effondrer sur eux-mêmes pour former un trou noir encore plus grand.

Mais personne n’a été en mesure d’expliquer comment ces petits trous noirs pourraient fusionner et se développer assez rapidement pour atteindre des milliards de masses solaires à temps pour correspondre avec les premières apparitions de trous noirs supermassifs dans notre Univers, moins de 1 milliard d’années après le Big Bang.

Les scientifiques ont mis en avant une autre possibilité : et si les trous noirs supermassifs s’étaient directement formés à partir de nuages de gaz, ce qui pourrait leur permettre de commencer grands et de continuer à croitre ?

Pour tester cette hypothèse, Ferrara et ses collègues ont utilisé les télescopes spatiaux Hubble, Chandra et Spitzer pour rechercher des graines de trou noir.

Leur recherche a permis de trouver ce qui semble être deux graines de trou noir, des objets de 100 000 fois la masse du Soleil, qui se sont formé directement à partir d’un nuage massif de gaz s’effondrant sur lui-même.

Ce n’est pas flagrant, mais c’est une des deux graines de trou noir (OBJ29323) comme observée par Hubble (NASA/STScI/ESA)

…par le télescope spatial Chandra (NASA/CXC/Scuola Normale Superiore/Pacucci)

Les modèles informatiques ont révélé que si un trou noir supermassif devait se former à partir de ces nuages de gaz, il “sauterait” les premières étapes de sa croissance, ce qui pourrait expliquer comment ces mastodontes cosmiques sont parvenus à atteindre une telle masse juste 1 milliard d’années après le Big Bang.

Selon Andrea Grazian de l’Institut national (italienne) d’astrophysique :

Les graines de trous noirs sont extrêmement difficiles à trouver et de confirmer leur détection est très difficile. Cependant, nous pensons que notre recherche a découvert les deux meilleures candidates à ce jour.

Tant que d’autres de ces graines candidates n’auront pas été étudiées, il est trop tôt pour dire avec certitude que ces nuages de gaz ont été le berceau de certains des plus grands objets de notre Univers. Mais cette hypothèse se révèle être la plus concrète jusqu’à maintenant.

L’équipe prévoit d’effectuer d’autres observations de ces graines de trou noir dans les rayons X et dans les longueurs d’onde infrarouges pour vérifier si elles possèdent davantage des propriétés attendues pour le titre de graines de trou noir.

L’étude sur arXiv : “First Identification of Direct Collapse Black Hole Candidates in the Early Universe in CANDELS/GOODS-S” et annoncée sur le site du Hubble : Hubble finds clues to the birth of supermassive black holes.