Hubble a découvert plus de trous noirs que prévu dans l'univers primitif

Grâce au télescope spatial Hubble de la NASA, une équipe internationale de chercheurs dirigée par des scientifiques du département d'astronomie de l'université de Stockholm a découvert plus de trous noirs dans l'univers primitif que ce qui avait été rapporté jusqu'à présent. Ce nouveau résultat peut aider les scientifiques à comprendre comment les trous noirs supermassifs ont été créés.

Nouvelle image du champ ultra-profond du télescope Hubble. Crédits : NASA, ESA, Matthew Hayes (Université de Stockholm)

Actuellement, les scientifiques n'ont pas une idée précise de la façon dont les premiers trous noirs se sont formés peu de temps après le Big Bang. On sait que des trous noirs supermassifs , pouvant peser plus d'un milliard de soleils, existent au centre de plusieurs galaxies moins d'un milliard d'années après le Big Bang.

« Beaucoup de ces objets semblent être plus massifs que ce que nous pensions à l'origine à des époques aussi reculées : soit ils se sont formés de manière très massive, soit ils ont grandi extrêmement rapidement », a déclaré Alice Young, doctorante à l'Université de Stockholm et co-auteur de l'étude publiée dans The Astrophysical Journal Letters.

Les trous noirs jouent un rôle important dans le cycle de vie de toutes les galaxies, mais il existe de grandes incertitudes quant à notre compréhension de la manière dont les galaxies évoluent. Afin d'obtenir une image complète du lien entre l'évolution des galaxies et celle des trous noirs, les chercheurs ont utilisé Hubble pour étudier le nombre de trous noirs existant parmi une population de galaxies peu lumineuses lorsque l'univers n'avait que quelques pour cent de son âge actuel.

Les premières observations de la région étudiée ont été photographiées à nouveau par Hubble après plusieurs années. Cela a permis à l'équipe de mesurer les variations de luminosité des galaxies. Ces variations sont un signe révélateur de la présence de trous noirs. L'équipe a identifié plus de trous noirs que ce que les autres méthodes avaient permis de découvrir auparavant.

Boussole HUDF. Crédit : NASA, ESA, Joseph DePasquale (STScI)

Les nouveaux résultats d'observation suggèrent que certains trous noirs se sont probablement formés par l'effondrement d'étoiles massives et intactes au cours du premier milliard d'années du temps cosmique. Ces types d'étoiles ne peuvent exister qu'à des époques très anciennes de l'Univers, car les étoiles de la génération suivante sont polluées par les restes d'étoiles qui ont déjà vécu et sont mortes. 

 

D'autres hypothèses sur la formation des trous noirs incluent l'effondrement de nuages de gaz, la fusion d'étoiles dans des amas massifs et les trous noirs « primordiaux » qui se sont formés (par des mécanismes physiquement spéculatifs) dans les premières secondes suivant le Big Bang. Grâce à ces nouvelles informations sur la formation des trous noirs, des modèles plus précis de la formation des galaxies peuvent être construits.

« Le mécanisme de formation des premiers trous noirs est une partie importante du puzzle de l'évolution des galaxies », a déclaré Matthew Hayes du département d'astronomie de l'université de Stockholm et auteur principal de l'étude. « Avec les modèles de croissance des trous noirs, les calculs de l'évolution des galaxies peuvent désormais être placés sur une base plus physique, avec un schéma précis de la façon dont les trous noirs sont apparus à partir de l'effondrement d'étoiles massives. »

Les astronomes effectuent également des observations avec le télescope spatial James Webb de la NASA pour rechercher des trous noirs galactiques qui se sont formés peu après le Big Bang, afin de comprendre leur masse et où ils se trouvaient.

Plus d'informations : Matthew J. Hayes et al., Glimmers in the Cosmic Dawn: A Census of the Youngest Supermassive Black Holes by Photometric Variability, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI : 10.3847/2041-8213/ad63a7

Par le Centre d'information ESA/Hubble