Le télescope spatial James Webb a détecté pour la première fois trois trous noirs supermassifs en phase d’accrétion active au sein d’une seule et même galaxie lointaine. Nommée J0148-4214, cette galaxie est observée telle qu’elle existait 1,2 milliard d’années après le Big Bang, à plus de 12,5 milliards d’années-lumière de la Terre. Cette découverte renforce l’hypothèse des fusions galactiques dans la croissance des trous noirs massifs.
Le télescope spatial James Webb (JWST) a réalisé une observation inédite et significative pour l’astronomie en détectant pour la première fois trois trous noirs supermassifs (TNSM) en accrétion active au sein d’une unique galaxie. Cette découverte majeure, présentée dans la revue Astronomy and Astrophysics par une équipe internationale dirigée par Hannah Übler du Max Planck Institute for extraterrestrial Physics, ouvre de nouvelles perspectives sur la formation et l’évolution des structures galactiques et de leurs composants les plus massifs.
Une fenêtre sur l’Univers primordial
La galaxie hôte de cette configuration exceptionnelle, désignée J0148-4214, se situe à une distance considérable, à plus de 12,5 milliards d’années-lumière de la Terre. Grâce à la puissance du JWST, les astronomes l’ont observée telle qu’elle existait environ 1,2 milliard d’années après le Big Bang, offrant ainsi une perspective précieuse sur les mécanismes cosmiques à l’œuvre dans l’Univers jeune. Cette prouesse observationnelle s’inscrit dans le cadre du programme BlackTHUNDER, une initiative du JWST visant à cartographier les « trous noirs dans l’Univers primordial et leur environnement dense ».
Hannah Übler, auteure principale de l’étude, a affirmé l’importance de cette découverte : « C’est la première preuve de trois trous noirs actifs dans une seule galaxie dans l’Univers lointain. Cette observation est cruciale pour comprendre comment ces objets massifs ont pu se former et grandir si rapidement. »
Analyse des masses et de la répartition spatiale
Les trois trous noirs supermassifs détectés présentent des caractéristiques distinctes. Le premier et le plus massif atteint 80 millions de masses solaires, le second est de 0,6 million de masses solaires, et le troisième possède une masse de 2 millions de masses solaires. Leur disposition spatiale au sein de la galaxie est également révélatrice : deux des TNSM sont localisés au centre galactique, séparés par une distance relativement faible de seulement 620 années-lumière. Le troisième, en revanche, se trouve dans la région externe de la galaxie, à environ 5500 années-lumière de son centre.
Dr. Giovanni Mazzolari, deuxième auteur de l’étude et chercheur au MPE, a détaillé l’apport des données : « Les données du JWST nous ont permis non seulement d’identifier les trois trous noirs, mais aussi d’estimer leurs masses, leurs taux d’accrétion et la masse stellaire totale de la galaxie. Nous trouvons une masse stellaire d’environ 1,3 milliard de soleils pour J0148-4214, et il est significatif de constater que les trous noirs représentent une fraction non négligeable de cette masse totale. »
Le rôle clé de l’instrumentation du JWST
La détection de ces TNSM en phase d’accrétion active a été rendue possible grâce aux capacités exceptionnelles de l’unité de champ intégral NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) du JWST. Les chercheurs ont pu identifier et caractériser trois régions de raies larges (Broad-Line Regions ou BLR). Ces BLR sont des zones où le gaz, principalement de l’hydrogène, tourne et se déplace à des vitesses extrêmement élevées autour du trou noir. L’effet Doppler, engendrant un élargissement spectral des raies d’émission de l’hydrogène, en particulier la raie H-alpha, a permis d’attester sans équivoque de l’intense activité d’accrétion des TNSM, où la matière est aspirée vers l’horizon des événements.
Comprendre la croissance des trous noirs supermassifs
Cette configuration triple dans une galaxie lointaine apporte un soutien substantiel à l’hypothèse selon laquelle les fusions galactiques sont un moteur essentiel de la croissance et de l’évolution des trous noirs supermassifs. L’existence d’un tel système complexe dans l’Univers primordial suggère que les mécanismes favorisant le rapprochement et l’interaction de trous noirs massifs étaient particulièrement efficaces à cette période cosmique. Ces événements sont considérés comme des précurseurs directs aux fusions de trous noirs supermassifs binaires, que les futures générations d’observatoires d’ondes gravitationnelles, telles que LISA, devraient pouvoir détecter avec une précision accrue.
Hannah Übler a conclu en soulignant la portée future de ces observations : « Cela suggère que les processus de l’Univers primordial étaient efficaces pour rapprocher les trous noirs massifs, préparant le terrain pour les fusions de trous noirs massifs que nous nous attendons à détecter avec les futurs observatoires d’ondes gravitationnelles. La compréhension de ces systèmes multiples est fondamentale pour élucider la co-évolution complexe des galaxies et de leurs trous noirs centraux à travers les âges cosmiques. »
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