Si vous cherchez l’un des plus gros objets de l’Univers, les trous noirs supermassifs sont tout désignés. Il s’agit d’un objet pesant jusqu’à 17 milliards de masses solaires, concentré au cœur d’une galaxie qui n’a que la taille de notre système solaire. Incroyable.
L’un des plus grands mystères des trous noirs supermassifs est en fait assez simple : comment ont-ils pu devenir aussi gros ?
Pendant des années, les astronomes ont débattu de deux scénarios : soit ils ont commencé par être vraiment énormes, soit ils ont commencé par être petits, mais ont grandi à des vitesses insondables qui briseraient notre compréhension actuelle des lois de la physique. Aujourd’hui, grâce à de nouveaux indices fournis par le télescope spatial Hubble de la NASA, nous pourrions enfin avoir une réponse.
Des “graines” de trous noirs d’environ 100 000 fois la masse du Soleil ont été repérées, et ces objets colossaux pourraient être à l’origine du processus de croissance des trous noirs supermassifs.
“Il y a beaucoup de controverse sur le chemin que prennent ces trous noirs”, a déclaré l’un des membres de l’équipe, Andrea Ferrara, de la Scuola Normale Superiore en Italie. “Notre travail suggère que nous convergeons vers une seule réponse, où les trous noirs commencent gros et se développent à un rythme normal, plutôt que de commencer petit et de se développer à un rythme très rapide.”
Ce qui rend l’hypothèse “a commencé gros et est devenu plus gros” délicate à concilier, c’est le fait que les physiciens ont lutté pour trouver une graine candidate suffisamment grande pour donner le coup d’envoi à un trou noir supermassif, sans se heurter au “problème du taux de croissance impossible” que présente l’hypothèse “a commencé petit et est devenu massif”.
Selon les scientifiques, il serait logique que les graines de trous noirs supermassifs se développent à partir de la fusion de trous noirs plus petits, jusqu’à 100 masses solaires, et que ces graines deviennent de plus en plus grandes en attirant du gaz de leur environnement. Une fois qu’ils ont atteint une certaine taille, ils commencent à s’effondrer sur eux-mêmes pour former un trou noir encore plus grand.
Mais personne n’a pu expliquer comment ces petits trous noirs ont pu fusionner et croître assez rapidement pour atteindre des milliards de masses solaires à temps pour les premières apparitions de trous noirs supermassifs dans notre Univers – moins d’un milliard d’années après le Big Bang.
Au lieu de cela, les scientifiques ont avancé une autre possibilité : et si les trous noirs supermassifs se formaient directement à partir de nuages de gaz, ce qui leur permettrait de commencer gros et de continuer à grossir ?
Pour vérifier cette hypothèse, Ferrara et ses collègues ont utilisé les télescopes spatiaux Hubble, Chandra et Spitzer pour rechercher des candidats à la formation de trous noirs.
Leur recherche a permis de trouver deux enregistrements distincts de ce qui semble être des graines de trou noir – des objets ayant une masse 100 000 fois supérieure à celle du Soleil, qui se sont formés directement à partir d’un nuage de gaz massif s’effondrant sur lui-même.
Des modèles informatiques ont révélé que si un trou noir supermassif se formait à partir de ces nuages de gaz, il “sauterait” les premières étapes de sa croissance, ce qui pourrait expliquer comment ces mastodontes cosmiques ont réussi à atteindre une masse aussi incroyable un milliard d’années seulement après le Big Bang.
“Les graines de trous noirs sont extrêmement difficiles à trouver et il est très difficile de confirmer leur détection. Cependant, nous pensons que nos recherches ont permis de découvrir les deux meilleurs candidats jusqu’à présent”, déclare Andrea Grazian, de l’Institut national italien d’astrophysique.
Sans un plus grand nombre de ces candidats à étudier et à extraire des indices supplémentaires, il est trop tôt pour affirmer avec certitude que ces nuages de gaz sont le lieu de naissance de certains des plus gros objets de notre Univers. Mais nous n’avons jamais été aussi près d’expliquer comment ils sont nés, et c’est tout à fait passionnant.
L’équipe prévoit de réaliser des observations de suivi dans les rayons X et dans les longueurs d’onde infrarouges pour vérifier si ces deux graines candidates présentent d’autres propriétés attendues pour les graines de trous noirs. “Notre découverte, si elle est confirmée, expliquerait comment ces trous noirs monstrueux sont nés”, déclare Fabio Pacucci de la Scuola Normale Superiore.
L’étude a été acceptée pour publication dans une prochaine édition des Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, mais vous pouvez y accéder librement dès maintenant sur arXiv.org.