Le télescope spatial James Webb (JWST) remodèle fondamentalement notre compréhension des trous noirs supermassifs, les colossales ancres gravitationnelles au centre des galaxies. Pendant des décennies, la théorie dominante a soutenu que ces géants se développaient progressivement, à mesure que des trous noirs plus petits fusionnaient sur des milliards d’années. Cependant, les récentes observations du JWST révèlent des trous noirs dans l’univers primitif qui sont bien trop massifs, bien trop tôt, pour correspondre à ce modèle.
Le mystère de la formation précoce des trous noirs
Les astronomes se demandent depuis longtemps comment des trous noirs supermassifs pourraient atteindre des milliards de fois la masse de notre soleil si tôt dans l’histoire cosmique. L’explication traditionnelle – la lente accrétion et la fusion des trous noirs de masse stellaire – ne tient tout simplement pas compte de la taille et de l’abondance de ces objets observés dans le jeune univers.
La découverte de quasars, des objets exceptionnellement brillants alimentés par des trous noirs supermassifs en accrétion, à peine 800 millions d’années après le Big Bang, laissait déjà entrevoir cette divergence. Aujourd’hui, JWST fournit les preuves détaillées nécessaires pour affiner notre compréhension.
Effondrement direct et théories alternatives
Des recherches émergentes suggèrent que plusieurs mécanismes de formation alternatifs pourraient être en jeu. Une théorie majeure propose des trous noirs à effondrement direct, où des amas massifs de gaz et de poussière s’effondrent sous leur propre gravité, formant des trous noirs jusqu’à un million de fois la masse du soleil en une seule étape. Ces trous noirs se développeraient ensuite en accrétant rapidement de la matière, pour finalement devenir les entités supermassives que nous voyons aujourd’hui.
JWST a déjà identifié plusieurs candidats soutenant ce modèle, notamment la galaxie UHZ1, qui contient un trou noir de 40 millions de masse solaire qui existait lorsque l’univers n’avait que 470 millions d’années. Les émissions infrarouges et de rayons X d’UHZ1 correspondent précisément aux prévisions d’un trou noir à effondrement direct.
D’autres possibilités incluent les trous noirs primordiaux, formés immédiatement après le Big Bang, et les trous noirs pas tout à fait primordiaux, apparus un peu plus tard mais toujours avant les premières étoiles. Ces premiers trous noirs auraient pu fournir les graines d’une croissance ultérieure, bien que la détermination de leur prévalence reste un domaine de recherche actif.
Les Petits Points Rouges et La Falaise : Nouvelles Découvertes
JWST a également identifié des « petits points rouges » – des objets compacts et lumineux qui semblent être des trous noirs massifs sans galaxies hôtes significatives. QSO1, observé 700 millions d’années après le Big Bang, en est un exemple. Sa masse estimée à 50 millions de soleils est concentrée dans une petite région, avec peu de matière stellaire environnante.
Un autre objet intrigant, surnommé « The Cliff », pourrait être une quasi-étoile : une enveloppe gazeuse massive entourant un trou noir supermassif nouvellement formé. Les données de JWST suggèrent une forte augmentation de la lumière provenant de l’hydrogène gazeux dense, ce qui est cohérent avec ce modèle.
L’avenir de la recherche sur les trous noirs
Les implications sont claires : les trous noirs supermassifs ne sont probablement pas issus de trous plus petits. Au lieu de cela, ils peuvent s’être formés par une combinaison d’effondrement direct rapide, d’origines primordiales ou d’autres mécanismes exotiques. Des missions telles que Euclid de l’Agence spatiale européenne et le télescope spatial romain de la NASA compléteront les découvertes du JWST, aidant à affiner ces modèles et à déterminer les voies dominantes de la formation précoce des trous noirs.
« L’univers est jonché de trous noirs supermassifs qui se forment extrêmement tôt », explique Priyamvada Natarajan, astrophysicienne à l’université de Yale. “Je ne peux pas vous dire à quel point c’est excitant.”
Cette révolution dans notre compréhension ne fait que commencer, mais il est de plus en plus évident que nos hypothèses antérieures sur les premiers trous noirs de l’univers étaient fondamentalement incomplètes.
