Un étrange objet masqué par la poussière pourrait être le précurseur d’un trou noir supermassif
Des chercheurs ont découvert de la poussière spatiale compacte qui pourrait permettre de résoudre le mystère de la formation des trous noirs supermassifs (TNSM). Un TNSM est un trou noir au moins 100 millions de fois plus massif que notre propre Soleil et que l’on trouve au centre de galaxies dans tout l’univers.
Comme les trous noirs sont difficiles à voir (d’où leur nom), les astronomes cherchent des indicateurs. Lorsque des « disques d’accrétion » remplis de particules de poussière, de gaz et d’autres matières à grande vitesse se forment autour d’un trou noir, les particules du disque entrent en collision, émettant des quantités considérables de lumière. L’objet qui émet de la lumière est connu sous le nom de quasar. Donc, là où il y a des quasars suffisamment grands, il y a un SMBH.
Image d’entête : représentation artistique d’un quasar et d’un trou noir supermassif. (Robin Dienel/ Carnegie Institution for Science)
On peut imaginer qu’il faut beaucoup de temps pour rassembler les matériaux nécessaires à la fabrication d’un TNSM. Il est donc remarquable qu’ils aient été découverts dès 700 à 800 millions d’années après le Big Bang, à une époque connue sous le nom “d’aube cosmique » ou réionisation.
Selon l’auteur principal de cette étude publiée cette semaine (lien plus bas), Seiji Fujimoto, du Cosmic Dawn Center à Copenhague, au Danemark :
Les mécanismes de formation et d’évolution rapide des SMBH restent l’un des plus grands mystères de l’astronomie moderne.
Selon les théoriciens, les TNSM connaissent une phase initiale de croissance rapide. Les galaxies qui forment des étoiles des milliers de fois supérieures au taux normal, appelées galaxie à sursaut de formation d’étoiles, et qui sont entourées de poussière créent un objet compact « rougi » par la présence de la poussière, explique Fujimoto. Ce quasar rougi par la poussière « se transforme ensuite en un objet compact lumineux non obscurci en expulsant le gaz et la poussière qui l’entourent ».
L’équipe de Fujimoto a étudié un objet connu sous le nom de GN-z7q, situé à 13 milliards d’années-lumière de la Terre. GN-z7q a été identifié pour la première fois dans le cadre du Great Observatories Origins Deep Survey North (GOODS/ Relevé profond des origines par les Grands Observatoires). Bien que certaines de ses caractéristiques ressemblent à celles d’un quasar, il n’est pas aussi lumineux. Cela laisse penser qu’il pourrait plutôt s’agir d’un objet formant des étoiles au même rythme que celui observé dans les galaxies à sursaut de formation d’étoiles.
GNz7q, le point rouge au centre de l’encart, dans le champ GOODS-North de Hubble. (NASA, ESA, Garth Illingworth [UC Santa Cruz], Pascal Oesch [UC Santa Cruz, Yale], Rychard Bouwens [LEI], I. Labbe [LEI], Cosmic Dawn Center/Niels Bohr Institute/ Université de Copenhague, Danemark)
Cependant, en utilisant les données recueillies par l’interféromètre radio Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) en France, les chercheurs ont découvert un voile de poussière sur GN-z7q. Les données NOEMA suggèrent que GN-z7q est un quasar recouvert de poussière, exactement comme le décrivent les modèles théoriques d’évolution des trous noirs supermassifs (TNSM).
Selon Fujimoto :
Les propriétés observées dans plusieurs longueurs d’onde sont en excellent accord avec les prédictions des simulations théoriques et suggèrent que GN-z7q est le premier exemple de transition, de phase de croissance rapide de trous noirs au cœur poussiéreux de la combustion d’étoiles, un antécédent du TNSM à une époque ultérieure.
En fait, les résultats des chercheurs suggèrent que GN-z7q se trouve dans les premiers stades de cette transition.
Représentation artistique de GNz7q (ESA/ Hubble, N. Bartmann)
Toujours selon Fujimoto :
Tant les flambées d’étoiles poussiéreuses (sursaut de formation d’étoiles) que les quasars lumineux à cette époque de l’univers sont extrêmement rares, et ils sont déjà eux-mêmes très excitants dans le contexte de la formation et de l’évolution de la matière noire, des galaxies et des trous noirs dans l’univers primitif. GN-z7q fournit une connexion directe entre les flambées d’étoiles poussiéreuses et les quasars lumineux « et offre une nouvelle voie pour comprendre la croissance rapide des trous noirs supermassifs dans l’univers primitif.
Les chercheurs notent également que d’autres études permettront d’observer d’autres objets présentant des caractéristiques similaires à celles de GNz7q.
Pour Fujimoto, le récent lancement du télescope spatial James Webb permettra de mieux comprendre les objets associés à la création des trous noirs supermassifs et la physique sous-jacente, ajoutant :
Webb aura également le pouvoir de déterminer de manière décisive la fréquence réelle de ces trous noirs à croissance rapide. Cela ouvrira une nouvelle voie pour comprendre les mécanismes de formation et d’évolution rapides des SMBH à la plus ancienne époque de l’univers.
L’étude publiée dans Nature : A dusty compact object bridging galaxies and quasars at cosmic dawn et présentée sur le site de l’Université de Copenhague : Breaking news from the dawn of the universe.
