Grâce au puissant télescope spatial James Webb (JWST), les astronomes ont découvert un remarquable trou noir supermassif datant d’une période du cosmos primitif connue sous le nom de « midi cosmique », environ 4 milliards d’années après le Big Bang. Cette découverte apporte un nouvel éclairage sur la manière dont ces géants, dont la masse est des millions, voire des milliards de fois supérieure à celle de notre soleil, atteignent des tailles aussi immenses.
Le mystère des “Petits Points Rouges”
JWST a révélé une nouvelle classe d’objets intrigants dans l’univers primitif, surnommés « petits points rouges ». Il s’agit de petits points lumineux brillants qui n’ont été détectables que récemment grâce aux capacités infrarouges avancées de JWST. Bien que leur nom suggère une petite taille, une découverte récente, surnommée « BiRD » (Big Red Dot), est loin d’être minuscule : elle possède une masse équivalente à 100 millions de soleils.
Comment brillent les trous noirs
Les trous noirs eux-mêmes n’émettent pas de lumière ; leur gravité intense piège tous ceux qui y tombent. Cependant, lorsqu’ils sont entourés d’une matière abondante et se nourrissent activement, ils créent des objets incroyablement brillants appelés quasars. La lumière de ces quasars peut parcourir de vastes distances, la lumière de BiRD ayant parcouru plus de 10 milliards d’années pour atteindre la Terre.
Localisation de BiRD
BiRD a été identifié dans la même région du ciel qu’un quasar précédemment connu, J1030+0524 (J1030), un trou noir supermassif se nourrissant déjà de matière et situé à environ 12,5 milliards d’années-lumière. L’équipe de recherche de l’Institut national d’astrophysique (INAF) a d’abord analysé les images et les spectres de l’instrument de caméra infrarouge proche (NIRCam) du JWST, détectant un point inhabituel de lumière infrarouge qui n’avait pas été révélé par des observations radiographiques et radiographiques antérieures.
“À partir des images calibrées, un catalogue des sources présentes sur le terrain a été élaboré”, explique Federica Loiacono, chef d’équipe et chercheuse à l’INAF. “C’est là que nous avons remarqué BiRD : un objet brillant, semblable à un point, qui n’était cependant pas une étoile et n’apparaissait pas dans les catalogues de rayons X et de radio existants.”
Analyser le spectre : découvrir des secrets
L’analyse par l’équipe du spectre de BiRD, une répartition détaillée des longueurs d’onde de la lumière, a fourni des informations cruciales. Différents éléments absorbent et émettent de la lumière à des fréquences spécifiques, laissant des « empreintes digitales » uniques dans le spectre. Cela a permis aux chercheurs d’identifier la présence d’hydrogène et d’hélium dans l’environnement de BiRD.
“Nous avons trouvé des signaux clairs d’hydrogène – en particulier la raie appelée Paschen gamma, une signature lumineuse qui révèle la présence d’hydrogène ionisé – et d’hélium, également visible en absorption”, a déclaré Loiacono. Cette analyse spectrale a également fourni une estimation de la distance et de la masse de BiRD.
Qu’est-ce qui rend BiRD unique ?
Les petits points rouges, en général, restent un casse-tête cosmique. Les théories abondent, notamment la possibilité qu’ils représentent un nouveau type d’objet céleste appelé « étoiles à trous noirs ». Cependant, l’absence de fortes émissions de rayons X provenant de ces objets laisse perplexe, car les trous noirs voraces devraient produire des rayons X intenses. Une explication possible est que ces objets sont toujours enveloppés par d’épaisses coquilles de gaz et de poussière, absorbant les rayons X tout en laissant passer la lumière infrarouge.
BiRD est particulièrement remarquable car ses propriétés ressemblent étroitement à seulement deux autres petits points rouges connus présentant des caractéristiques spectrales similaires. Cela suggère qu’ils appartiennent à la même famille d’objets.
Repenser l’évolution des trous noirs
La découverte de BiRD et de sa famille pourrait nécessiter une réévaluation de la façon dont les trous noirs supermassifs se développent et évoluent. Des calculs antérieurs suggéraient que ces objets auraient dû devenir moins courants il y a environ 11 milliards d’années. Cependant, les calculs de cette équipe indiquent une abondance surprenante de petits points rouges pendant le « midi cosmique », remettant en question cette hypothèse.
« Le défi est désormais d’étendre l’étude à un plus grand nombre de LRD proches, que nous pouvons étudier plus en détail que les plus éloignés, afin de dresser un tableau plus complet », conclut Loiacono. “JWST a ouvert une nouvelle frontière dans l’astrophysique extragalactique, révélant des objets dont nous ne soupçonnions même pas l’existence, et nous n’en sommes qu’au début de cette aventure.”
La découverte de BiRD souligne la puissance du télescope spatial James Webb à révéler des détails inédits sur l’univers primitif et ses habitants, permettant ainsi une compréhension plus approfondie de la formation et de l’évolution des trous noirs massifs.
