James Webb a observé un trou noir vorace, bien au-delà de ce que prédit la théorie !
On connaît de nombreux trous noirs voraces, mais LID-568, récemment observé par le télescope James Webb, semble les surpasser tous. La vitesse à laquelle il dévore la matière est 40 fois supérieure aux limites théoriques.
Quand les premiers trous noirs se sont-ils formés, se sont-ils tous formés de la même manière et comment ont-ils évolué au fil du temps ? La liste des questions auxquelles les astronomes tentent de répondre est longue. Les trouver nécessite un effort conjoint entre les observations et la théorie.
Les observations donnent aux théoriciens des indications sur ce que leurs modèles devraient être capables de reproduire ; les modèles génèrent des propriétés qui nécessitent une confirmation observationnelle pour vérifier leur exactitude. Dans le domaine des trous noirs, il existe plusieurs programmes visant à trouver les premiers trous noirs, c'est-à-dire les premiers qui se sont formés après le Big Bang.
Où chercher les premiers trous noirs ?
La recherche des premiers trous noirs a lieu à l'intérieur des premières galaxies formées après le Big Bang. Sachant que le trou noir est l'étape finale de l'évolution d'une étoile massive, les étoiles progénitrices des premiers trous noirs sont recherchées à l'intérieur des premières galaxies. Cependant, cette recherche n'est pas aisée. Les premières galaxies qui se sont formées après le Big Bang sont les plus éloignées de la Terre, en raison de l'expansion de l'univers.
Cela signifie qu'elles sont extrêmement faibles, ce qui nécessite l'utilisation des télescopes les plus puissants pour les repérer et les étudier. Mais ce n'est pas tout. Étant les plus éloignées, ce sont également celles qui s'éloignent de la Terre le plus rapidement. Par conséquent, leur lumière est fortement décalée vers le rouge, en raison de l'effet Doppler associé à leur éloignement.
Pour trouver et étudier ces galaxies, il faut non seulement des télescopes très puissants, mais aussi des télescopes très sensibles à la lumière infrarouge. Le télescope James Webb est le mieux placé pour combiner ces deux propriétés. Il s'agit du télescope infrarouge le plus puissant actuellement en service.
Ce que James Webb a trouvé
Le télescope spatial a réussi à trouver une galaxie naine très lointaine dans l'univers primitif. Cette galaxie s'est formée environ 1,5 milliard d'années après le Big Bang, c'est-à-dire lorsque l'univers n'avait que 10 % de son âge actuel. Un trou noir supermassif a été observé à l'intérieur de cette galaxie, ce qui en fait l'une des plus intéressantes pour comprendre la formation des premiers trous noirs et leur évolution.
Ce trou noir, appelé LID-568, présente une caractéristique unique : il dévore la matière à un rythme 40 fois plus rapide que les prévisions théoriques.
Le disque d'accrétion est la seule composante visible du trou noir. En effet, l'étoile à neutrons (le vrai trou noir) reste toujours invisible. Cependant, le disque, grâce à sa très grande luminosité, est visible dans tout le spectre électromagnétique jusqu'à la bande des rayons X.
Le trou noir LID-568 avait déjà été détecté par le satellite Chandra, un satellite d'observation des rayons X, dans le cadre du programme COSMOS legacy Survey du Chandra X-ray Observatory. Cependant, sa véritable nature de trou noir n'avait pas été comprise. C'est James Webb, grâce à sa très grande sensibilité infrarouge, qui a détecté la très faible émission infrarouge du disque d'accrétion (ce dernier étant beaucoup plus lumineux dans la bande des rayons X), ce qui a permis aux astronomes de découvrir qu'il s'agissait d'un trou noir.
Pourquoi cette découverte est-elle importante ?
L'étude de ce trou noir nouvellement découvert permettra de comprendre lequel des deux scénarios possibles proposés pour la formation des trous noirs supermassifs est le plus crédible.
Selon un scénario, les trous noirs de l'univers jeune se formeraient à partir des explosions de supernova des premières étoiles formées dans l'univers. Selon un autre scénario, ils se formeraient à partir de l'effondrement des nuages moléculaires primordiaux.
Dans les deux cas, il n'y a pas de confirmation observationnelle suffisante. Selon l'astronome Hyewon Suh, qui a dirigé l'équipe chargée de l'étude de ce trou noir, les caractéristiques de LID-568 montrent que, quel que soit le scénario, la croissance du trou noir s'est produite presque en une seule fois, avec un seul et immense épisode d'accrétion.
Référence de l'article :
"A super-Eddington-accreting black hole ~1.5 Gyr after the Big Bang observed with JWST", Hyewon suh et al. 2024, Nature astronomy