Les trous noirs sont des objets célestes encore entourés de mystères. Comment ont-ils pu devenir aussi massifs, pour certains, que des milliards de soleils ? Grâce au télescope spatial James-Webb (JWST), les astronomes ont peut-être la réponse : ces monstres cosmiques seraient issus de graines cosmiques… massives, évidemment.
Les trous noirs supermassifs seraient issus de “graines” cosmiques massives
Les quasars sont des objets extrêmement brillants, ressemblant fort à des étoiles. Ce sont en vérité des noyaux lumineux de galaxies lointaines, des noyaux alimentés par des trous noirs supermassifs qui ne s’arrêtent jamais de manger. De fait, les quasars éclipsent tout le reste de la galaxie qui les abrite. “Un quasar surpasse sa galaxie hôte de plusieurs ordres de grandeur. Les images précédentes n’étaient pas assez nettes pour distinguer à quoi ressemble la galaxie hôte avec toutes ses étoiles”, confirme Minghao Yue, chercheur au Massachusetts Institute of Technology (MIT). Le JWST a permis d’observer six quasars vieux d’environ 13 milliards d’années pendant plusieurs mois. Et pour la toute première fois, les astronomes ont pu observer la lumière émise par les étoiles des galaxies hôtes de trois de ces quasars.
Pour ce faire, les chercheurs ont récolté des images dans différentes longueurs d’onde et les ont intégrées dans un modèle qui définit la quantité de lumière provenant d’une “source ponctuelle” compacte, comme pourrait l’être le disque d’accrétion central d’un trou noir, par rapport à une source bien plus diffuse, comme la lumière d’étoiles dispersées environnantes. Grâce à l’exceptionnelle finesse des images du JWST, cela a permis de séparer la lumière de trois quasars en deux composantes : d’une part, la lumière issue du disque du trou noir central et, d’autre part, celle des étoiles de la galaxie hôte. Et comme la quantité de lumière reflète directement la masse totale de la source, il a été possible d’estimer la masse des galaxies par rapport à celle de leur trou noir central. On parle là d’un rapport de un sur dix là où, actuellement, le rapport est plutôt de un sur mille. Autrement dit, les trous noirs formés plus récemment sont bien moins massifs que leurs galaxies hôtes.
Les premiers trous noirs étaient mieux nourris
Cela permet aussi de répondre à une question de la plus haute importance : les trous noirs supermassifs se sont-ils développés en premier, les galaxies et leurs étoiles ayant refait leur retard par la suite, ou les galaxies et leurs étoiles ont-elles grandi en premier, régulant ainsi la croissance des trous noirs ? “Les premiers trous noirs de notre Univers semblent croître plus rapidement que leur galaxie hôte”, explique Anna-Christina Eilers, physicienne au MIT. Mais alors, comment ces gigantesques trous noirs ont-ils pu croître aussi vite alors que l’Univers était si jeune ? Pour les astronomes, ce serait une “preuve provisoire” que les “graines” des trous noirs étaient probablement plus massives à cette époque, ce qui a permis ces derniers d’acquérir leur masse avant leur galaxie hôte aux tous débuts de notre Univers…
