Des astronomes japonais ont découvert, grâce au télescope Subaru, un système de deux trous noirs supermassifs en cours de fusion à 129 milliards d’années-lumière, une observation inédite datant de l’aube de l’univers, confirmée ce 5 juin 2026 par l’Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ) et l’Université de Tokyo. Cette paire de quasars, située dans l’ère dite de la « réionisation cosmique », pourrait éclairer les mécanismes de formation des galaxies et l’évolution des trous noirs géants après le Big Bang.
Une découverte historique à l’aube des temps
Les deux trous noirs, identifiés sous les codes HSC J121503.42−014858.7 (C1) et HSC J121503.55−014859.3 (C2), ont été repérés dans la constellation de la Vierge grâce aux observations du télescope Subaru, équipé de son instrument Hyper Suprime-Cam (HSC). Leur distance record – 129 milliards d’années-lumière – signifie que leur lumière a voyagé pendant presque toute l’histoire de l’univers pour nous parvenir aujourd’hui, soit environ 13,8 milliards d’années après le Big Bang. Selon les données publiées par le téléscope Subaru, cette paire se situe dans une période cruciale appelée « l’aube cosmique » ou « réionisation », où les premières étoiles et galaxies ont commencé à illuminer l’univers après des centaines de millions d’années d’obscurité.
Cette découverte est d’autant plus remarquable que, jusqu’à présent, aucun système de quasars en fusion n’avait été observé à une telle distance. Les quasars, ces noyaux galactiques actifs où un trou noir supermassif dévore la matière environnante, sont les objets les plus lumineux de l’univers. Leur détection à cette époque reculée pourrait fournir des indices sur la manière dont les galaxies primitives se sont assemblées et comment les trous noirs centraux ont joué un rôle dans la réionisation de l’univers.
Un mécanisme inédit de rapprochement des trous noirs
Une étude complémentaire menée par une équipe internationale incluant des chercheurs de l’Université de Tokyo et de l’Université de Pékin a simulé, grâce aux supercalculateurs Atelui II et Atelui III de l’Observatoire national japonais, le processus par lequel deux trous noirs pourraient se rapprocher suffisamment pour fusionner. Les résultats, publiés par le NAOJ, révèlent que les champs magnétiques entourant les trous noirs jouent un rôle clé dans leur rapprochement. En présence de gaz interstellaire et de champs magnétiques, les simulations montrent que les trous noirs perdent progressivement leur énergie orbitale, ce qui réduit leur distance mutuelle. Ce mécanisme pourrait expliquer comment des paires de trous noirs supermassifs, initialement séparés par des millions d’années-lumière, finissent par se fusionner sous l’effet de la gravité, émettant des ondes gravitationnelles détectables par des instruments comme LIGO.
« Les champs magnétiques agissent comme un frein naturel, dissipant l’énergie cinétique du système binaire », explique un communiqué du NAOJ. « Cela pourrait être le processus dominant permettant aux trous noirs de se rapprocher suffisamment pour entrer dans la phase finale de leur fusion, où les ondes gravitationnelles prennent le relais. » Cette découverte pourrait avoir des implications majeures pour la compréhension des fusions de trous noirs observées par les détecteurs d’ondes gravitationnelles, comme celles détectées par LIGO en 2015.
Un aperçu de l’univers primordial
L’observation de cette paire de quasars offre un rare aperçu de l’univers tel qu’il était il y a plus de 13 milliards d’années, une époque où les galaxies étaient encore en formation et où les trous noirs supermassifs commençaient à dominer les cœurs galactiques. Selon les chercheurs, cette découverte pourrait aider à résoudre un mystère persistant : comment les trous noirs supermassifs, qui peuvent contenir des milliards de fois la masse du Soleil, ont-ils pu croître si rapidement après le Big Bang ?
Les quasars détectés par Subaru émettent une lumière extrêmement rouge, signe qu’ils sont situés à une époque où l’univers était bien plus jeune et dense. Leur spectre lumineux, analysé par les instruments FOCAS (Subaru) et GNIRS (téléscope Gemini Nord), révèle des signatures chimiques typiques des quasars primitifs, confirmant leur nature. « Nous avons été surpris de trouver une telle paire si tôt dans l’histoire de l’univers », déclare le Dr Yoshiki Matsuoka, astronome à l’Université d’Ehime et principal auteur de l’étude, dans un communiqué publié par AstroArts. « Cela suggère que les fusions de galaxies et de trous noirs étaient déjà en cours bien avant que nous ne le pensions. »
Quelles conséquences pour l’astronomie future ?
Cette découverte ouvre plusieurs pistes de recherche. D’abord, elle confirme que les fusions de trous noirs supermassifs étaient un phénomène courant dans l’univers primitif, bien avant que les galaxies n’aient atteint leur forme actuelle. Ensuite, elle pourrait aider à affiner les modèles de formation des galaxies, en particulier ceux qui tentent d’expliquer comment les trous noirs centraux ont influencé la réionisation cosmique.
Sur le plan technique, cette observation démontre également la puissance des instruments modernes comme le télescope Subaru et son système HSC, capable de détecter des objets extrêmement distants et faibles. Les chercheurs prévoient d’utiliser ces données pour affiner leurs simulations et mieux comprendre les interactions entre gaz, champs magnétiques et trous noirs dans les premières phases de l’univers.
Enfin, cette découverte pourrait avoir des répercussions sur la recherche d’ondes gravitationnelles. Les fusions de trous noirs supermassifs, comme celle observée ici, devraient produire des ondes gravitationnelles de très basse fréquence, difficiles à détecter avec les instruments actuels. Cependant, les projets futurs comme le Laser Interferometer Space Antenna (LISA), prévu pour être lancé dans les années 2030, pourraient enfin permettre de capturer ces signaux et d’étudier directement les fusions de trous noirs les plus massifs de l’univers.
Un mystère persistant : pourquoi cette paire était-elle si difficile à trouver ?
Malgré les progrès récents, les astronomes n’avaient jusqu’ici détecté aucune paire de quasars en fusion à une époque aussi reculée. Plusieurs hypothèses expliquent cette rareté apparente. Premièrement, les quasars primitifs sont extrêmement rares et difficiles à distinguer des étoiles ou des galaxies normales en raison de leur faible luminosité apparente et de leur décalage vers le rouge extrême. Deuxièmement, les paires de quasars en fusion sont probablement séparées par des distances si grandes que leur résolution nécessite des instruments d’une résolution angulaire exceptionnelle, comme le télescope Subaru.
« Cette découverte est le fruit d’une combinaison de chance et de technologie », souligne le Dr Matsuoka. « Sans la profondeur et la résolution du HSC-SSP, nous n’aurions jamais pu identifier cette paire. » Les chercheurs estiment que des observations futures avec des télescopes encore plus puissants, comme le James Webb Space Telescope (JWST) ou le futur Extremely Large Telescope (ELT), pourraient révéler d’autres systèmes similaires, offrant ainsi une vision plus complète de l’univers primordial.
En résumé, cette découverte marque un tournant dans l’étude des trous noirs supermassifs et de leur rôle dans l’évolution de l’univers. Elle confirme que les fusions galactiques et les interactions entre trous noirs étaient déjà actives à une époque où l’univers n’avait que quelques centaines de millions d’années. Les prochaines années pourraient voir une explosion de découvertes similaires, grâce aux instruments toujours plus performants et aux simulations numériques de plus en plus précises.
Pour les astronomes, cette observation est bien plus qu’une simple découverte : c’est une fenêtre ouverte sur les premiers milliards d’années de l’univers, une époque où les lois de la physique et de la cosmologie étaient encore en train de se mettre en place. Les réponses à certaines des questions les plus fondamentales sur notre origine pourraient bien se cacher dans ces paires de trous noirs lointains.