Révélé : le trou noir le plus ancien jamais observé, datant de l’aube de l’univers | Trous noirs

Les astronomes ont détecté le trou noir le plus ancien jamais observé, datant de plus de 13 milliards d’années, à l’aube de l’univers.

Les observations du télescope spatial James Webb (JWST) révèlent qu’elle se trouve au cœur d’une galaxie 440 millions d’années après le big bang. Avec environ un million de fois la masse du soleil, il est étonnamment grand pour un bébé trou noir, ce qui soulève la question de savoir comment il est devenu si grand si rapidement.

Le professeur Roberto Maiolino, astrophysicien à l’Université de Cambridge, qui a dirigé les observations, a déclaré : « La surprise est qu’elle soit si massive. C’était la chose la plus inattendue.

Les observations, publié sur le site Web de prépublication Arxiv, ne prenez pas d’image directe, invisible car aucune lumière ne peut échapper à son emprise. Mais les astronomes ont détecté des signatures révélatrices de son disque d’accrétion, le halo de gaz et de poussière qui tourbillonne rapidement autour du gouffre cosmique.

Les astronomes pensent que les premiers trous noirs pourraient aider à résoudre une énigme sur la façon dont leurs homologues gargantuesques au centre des galaxies telles que la Voie lactée ont atteint des milliards de fois la masse du soleil. Jusqu’à récemment, on supposait qu’ils avaient simplement fait boule de neige sur près de 14 milliards d’années, augmentant régulièrement grâce aux fusions et en engloutissant les étoiles et autres objets. Mais ce scénario boule de neige ne peut pas pleinement expliquer les proportions épiques des trous noirs supermassifs actuels.

Les dernières observations, de la galaxie appelée GN-z11, repoussent les origines de ce mystère jusqu’à l’enfance des trous noirs et suggèrent qu’ils sont soit nés gros, soit ont gonflé extrêmement rapidement au début.

“Comprendre d’où viennent les trous noirs a toujours été un casse-tête, mais maintenant ce casse-tête semble s’approfondir”, a déclaré le professeur Andrew Pontzen, cosmologiste à l’University College de Londres, qui n’a pas participé à la recherche. “Ces résultats, utilisant la puissance de JWST pour remonter le temps, suggèrent que certains trous noirs se sont développés à un rythme effréné dans le jeune univers, bien plus rapidement que prévu.”

Une explication, connue sous le nom de scénario des graines lourdes, est qu’une première génération de trous noirs est née de l’effondrement direct de vastes nuages ​​de gaz, plutôt que d’étoiles brûlées qui se sont effondrées sous leur propre gravité à la fin de leur vie. Une autre possibilité est que des amas compacts d’étoiles et de trous noirs aient fusionné très rapidement au début de l’univers.

Une troisième hypothèse, plus spéculative, est l’existence de trous noirs dits primordiaux apparus au cours de l’inflation cosmique, la période d’expansion de l’univers plus rapide que la lumière qui s’est produite une fraction de seconde après le big bang.

Cela renverserait l’ordre de jeu présumé, dans lequel les galaxies sont arrivées en premier, puis les trous noirs commencent à se développer en leur sein. Les trous noirs primordiaux seraient effectivement intégrés dès le départ dans le tissu du cosmos.

“Si cela était vrai, cela aurait de profondes implications sur la première fraction de seconde de notre univers”, a déclaré Pontzen. “Quoi qu’il en soit, l’histoire de la façon dont les trous noirs et les galaxies ont grandi ensemble est fascinante et nous commençons tout juste à la reconstituer.”

Ces découvertes sont les dernières d’une série de découvertes étonnantes réalisées récemment par l’observatoire spatial de la NASA. deux ans après son lancement. JWST est environ 100 fois plus sensible que les télescopes précédents, tels que Hubble, pour détecter la lumière infrarouge, la partie du spectre utilisée pour voir les objets les plus éloignés. «Cela équivaut essentiellement à moderniser le télescope de Galilée en un télescope moderne. Cela représente 400 ans de découvertes potentiellement compressées dans la durée des opérations du JWST », a déclaré Maiolino.

Il a déclaré qu’avant le lancement du télescope, il était possible qu’une nouvelle fenêtre s’ouvre sur « une extension ennuyeuse de ce que nous savons ». “Ce n’est pas ce que nous constatons”, a déclaré Maiolino. « L’univers a été assez généreux. On découvre vraiment des choses auxquelles on ne s’attendait pas.

Qu’est-ce qu’un trou noir ?

Les trous noirs font partie des objets les plus étranges et les plus inquiétants de l’univers. Ils ont une gravité si intense que ni la matière ni la lumière ne peuvent échapper à leur emprise. Le seuil d’un trou noir est tracé par son horizon des événements, le point de non-retour. Tout ce qui franchit cette frontière est définitivement perdu.

Ils sont difficiles à étudier car ils sont fondamentalement invisibles, mais l’application des lois de la physique offre des perspectives étranges. À l’approche d’un trou noir, le gradient gravitationnel peut être si extrême que les objets seraient étirés selon un processus appelé spaghettification. À l’horizon des événements, la gravité est si féroce que la lumière est courbée en une boucle parfaite autour du trou noir, ce qui signifie que si vous vous teniez là, vous seriez capable de voir l’arrière de votre propre tête.

Ce qui se trouve au-delà de l’horizon des événements est inconnu. La théorie de la relativité générale d’Einstein suggère qu’au centre d’un trou noir, la densité deviendrait infinie, créant une singularité gravitationnelle. Cette rupture dans l’espace-temps n’aurait ni « où » ni « quand » et se situerait au-delà du domaine des lois conventionnelles de la physique. Mais il n’est pas clair si de telles singularités existent réellement.

Les trous noirs existent dans différentes tailles. Les trous noirs stellaires, formés à partir des restes d’étoiles massives, peuvent être jusqu’à 20 fois plus massifs que notre Soleil. Les trous noirs supermassifs, comme Sagittarius A* au centre de la Voie lactée, peuvent avoir des masses équivalentes à des millions ou des milliards de soleils et jouer un rôle crucial dans l’évolution galactique.

Les astronomes ont fait des progrès significatifs dans l’observation des trous noirs au cours de la dernière décennie, avec la première image de son auréole capturé par le télescope Event Horizon en 2019, et les observations de fusions cataclysmiques de trous noirs grâce à la détection d’ondes gravitationnelles envoyées onduler à travers l’espace-temps. Les dernières observations, et les cibles encore plus lointaines de James Webb, commenceront à reconstituer les origines de ces objets énigmatiques.