Le télescope spatial James Webb (JWST) a identifié des « petits points rouges » (LRDs) dans l’Univers primordial, datant de 600 millions à 1,6 milliard d’années après le Big Bang. Leur nature restait énigmatique. Une nouvelle étude propose que ces objets soient des « étoiles à trou noir », des trous noirs jeunes enveloppés de gaz dense. Cette hypothèse pourrait expliquer la présence de trous noirs supermassifs étonnamment massifs observés à l’aube cosmique.
Le mystère des Petits Points Rouges cosmiques du JWST
Depuis leur détection par le James Webb Space Telescope (JWST), les « petits points rouges » (Little Red Dots ou LRDs) représentent un défi pour les modèles de formation des galaxies et des trous noirs supermassifs. Ces objets compacts et rouges ont été observés entre 600 millions et 1,6 milliard d’années après le Big Bang, une période clé de l’histoire cosmique. Environ 300 de ces LRDs ont été catalogués, et leurs caractéristiques ne correspondent pas parfaitement aux hypothèses précédentes, comme celle de noyaux galactiques actifs précoces ou d’étoiles de Population III de faible métallicité.
Une nouvelle hypothèse : les « étoiles à trou noir »
Une nouvelle recherche publiée dans la revue Nature, menée par Rohan Naidu de l’Institut d’astronomie de l’Université d’Hawaï et son équipe, propose une explication novatrice. Selon cette étude, les LRDs seraient des « étoiles à trou noir » : des trous noirs en formation rapide, dissimulés par une dense enveloppe de gaz et de poussières. Ce voile gazeux absorberait la lumière bleue et ultraviolette, rendant les objets visiblement rouges dans les longueurs d’onde infrarouges détectées par le JWST.
Rohan Naidu a commenté cette découverte, affirmant que « quelque chose de spectaculaire a dû se produire dans l’Univers primordial. » Cette hypothèse des étoiles à trou noir offre une solution potentielle à une autre observation déconcertante du JWST concernant la taille des trous noirs supermassifs à l’aube cosmique.
L’énigme des trous noirs supermassifs à l’aube cosmique
Le JWST a révélé des trous noirs supermassifs (SMBH) dont la masse représente 10% à 30% de la masse stellaire de leur galaxie hôte dans l’Univers très jeune. Cette proportion contraste fortement avec les SMBH de l’Univers local, où ils constituent généralement 0,1% à 0,5% de la masse stellaire galactique. La vitesse de croissance nécessaire pour atteindre de telles masses — parfois un milliard de masses solaires — en si peu de temps, pose un problème majeur aux scénarios de formation classiques.
Jorryt Matthee, co-auteur de l’étude et professeur à l’Institute of Science and Technology Austria (ISTA), a souligné que « jusqu’à présent, nous savions très peu de choses sur la façon dont ces trous noirs supermassifs se sont formés. De plus, certains quasars découverts dans l’Univers primordial semblaient bien trop massifs pour exister, ce qui a conduit les astronomes à les appeler ‘quasars problématiques’. »
Un mécanisme de croissance rapide pour les trous noirs primordiaux
L’existence d’étoiles à trou noir pourrait fournir les « germes » massifs nécessaires à la formation rapide des SMBH. Plutôt que de démarrer à partir de petits trous noirs stellaires, ces objets massifs et déjà actifs pourraient avoir constitué les points de départ pour une accrétion de matière extrêmement efficace. Le gaz dense qui entoure le trou noir permettrait une accrétion super-Eddington, où la matière est absorbée à un rythme bien supérieur à la limite conventionnelle, favorisant une croissance exponentielle.
Cette théorie s’aligne avec des concepts tels que les trous noirs à effondrement direct, qui se forment directement à partir de l’effondrement de nuages de gaz primordiaux massifs, évitant l’étape stellaire. Les étoiles à trou noir offriraient ainsi un moyen de concilier les observations du JWST avec les modèles théoriques de l’évolution des trous noirs dans l’Univers jeune.
Perspectives sur la formation des structures dans l’Univers jeune
Cette nouvelle compréhension des petits points rouges et des étoiles à trou noir affine notre vision de l’aube cosmique, la période où les premières étoiles et galaxies se sont formées. Elle suggère une co-évolution plus complexe et dynamique entre les trous noirs et leurs galaxies hôtes dès les premiers âges de l’Univers. La détection de ces objets énigmatiques par le JWST ouvre de nouvelles voies de recherche pour comprendre comment les structures fondamentales de notre cosmos ont émergé.
Les observations futures avec le JWST et les télescopes de nouvelle génération seront essentielles pour confirmer l’existence et la nature de ces étoiles à trou noir, et pour démêler les processus complexes qui ont façonné l’évolution des trous noirs supermassifs et des galaxies au cours des premiers milliards d’années de l’Univers.
