Le télescope spatial James Webb a réalisé la première mesure directe d’un trou noir supermassif situé dans l’Univers primordial. Cette observation, datant de 700 millions d’années après le Big Bang, apporte un éclairage nouveau sur la nature des insaisissables « petits points rouges » récemment détectés. La masse de ce trou noir, mesurée à 50 millions de fois celle du Soleil, constitue les deux tiers de la masse totale de son hôte.
Découverte d’un trou noir 700 millions d’années après le Big Bang
Une équipe internationale d’astronomes a effectué, grâce au télescope spatial James Webb (JWST), la première mesure directe de la masse d’un trou noir supermassif dans l’Univers primordial. Ces travaux, publiés dans deux études récentes, affinent notre compréhension des « petits points rouges » (LRD, pour Little Red Dots), des objets célestes découverts au début de la campagne scientifique de Webb.
L’objet étudié, désigné sous le nom de Abell2744-QSO1 (QSO1), existait seulement 700 millions d’années après le Big Bang. Sa lumière a parcouru l’Univers pendant 13 milliards d’années avant d’atteindre les capteurs infrarouges de Webb. La taille de QSO1 est estimée à 1 300 années-lumière, une fraction minime comparée à celle de notre Voie lactée.
Roberto Maiolino, de l’Université de Cambridge et co-auteur des deux études, souligne l’importance de ce résultat : « C’est la première mesure directe de la masse d’un trou noir dans le premier milliard d’années après le Big Bang, et elle est cohérente avec les mesures précédentes. »
L’apport crucial de la lentille gravitationnelle cosmique
Depuis la perspective terrestre, QSO1 apparaît derrière l’amas de galaxies Abell 2744, également connu sous le nom d’amas de Pandore. Cet amas agit comme une lentille gravitationnelle, un phénomène où la lumière se courbe en passant à proximité d’objets massifs. Cet effet a non seulement magnifié le petit point rouge, mais a aussi projeté son image trois fois, à différentes positions dans le ciel.
Cette magnification naturelle a été déterminante. Elle a permis à l’équipe d’utiliser l’unité de champ intégral (IFU) de l’instrument spectrographe proche infrarouge (NIRSpec) de Webb pour cartographier la rotation du gaz à l’intérieur du LRD avec une précision sans précédent.
Mesure directe de la masse et composition
La cartographie réalisée par NIRSpec a révélé une rotation képlérienne du gaz, où celui-ci orbite autour d’un point central. Ignas Juodžbalis, de l’Université de Florence et co-responsable de l’une des études, explique : « Ceci est important car cela nous indique que la majeure partie de la masse de QSO1 est concentrée dans le trou noir au centre. Si la masse était plus distribuée, comme ce serait le cas s’il y avait beaucoup d’étoiles, le gaz n’aurait pas cette rotation képlérienne parfaite. »
En analysant cette rotation, l’équipe a calculé la masse du trou noir à 50 millions de fois la masse du Soleil. Cette masse représente environ deux tiers de la masse totale du petit point rouge. Parallèlement, l’autre étude, dirigée par Maiolino, a analysé le matériau entourant le trou noir, constatant qu’il est presque entièrement composé d’hydrogène et d’hélium.
Implications pour l’évolution de l’Univers jeune
Ces observations directes et ces mesures précises des propriétés du trou noir Abell2744-QSO1 fournissent des informations cruciales sur la manière dont les trous noirs supermassifs ont pu se former et croître si rapidement dans l’Univers primordial. La prédominance de l’hydrogène et de l’hélium dans son environnement suggère un stade très précoce de l’évolution cosmique, avant l’enrichissement en éléments plus lourds.
La confirmation que les LRDs sont des objets compacts abritant des trous noirs centraux massifs aide à résoudre une des premières énigmes posées par les données de Webb. Cela permet d’affiner les modèles de formation des galaxies et de l’évolution des trous noirs, offrant de nouvelles pistes pour comprendre les processus qui ont façonné les structures cosmiques les plus anciennes.
Source : Lire l’article original
