Le télescope spatial James Webb continue de trouver des choses qu’il ne devrait pas pouvoir trouver. Comme un trou noir supermassif qui est apparemment apparu avant que la galaxie qui le détient ne réalise même qui il voulait être.
Cela gâche le script.
Pendant des années, la chronologie cosmique acceptée était assez simple. Des étoiles se forment. Les étoiles meurent. Les noyaux effondrés deviennent des trous noirs stellaires. Ils mangent. Ils fusionnent. Après des milliards d’années de gourmandise agressive, ils se transforment en monstres supermassifs ancrés au centre des galaxies modernes. Ce fut un processus linéaire et patient.
Webb nous dit que nous nous sommes trompés de commande.
Petits points rouges
En 2022, les astronomes du JWST ont découvert quelque chose d’étrange dans les données. Des blobs compacts et poussiéreux qu’ils ont nommés en plaisantant Petits points rouges. Au début, ils pensaient qu’il s’agissait peut-être d’un nouveau type de galaxie. Puis ils ont réalisé à quel point ces choses étaient courantes dans l’univers naissant, pour ensuite disparaître environ 1,5 milliard d’années après le Big Bang.
Mais le vrai titre, ce ne sont pas les points. C’est ce qu’il y a à l’intérieur d’eux.
L’observatoire de 10 milliards de dollars a découvert des trous noirs supermassifs datant de l’époque où l’univers n’était qu’un bébé, soit moins d’un milliard d’années. Voici le problème. Les recettes connues de croissance, consistant à se nourrir de gaz ou à fusionner avec des trous noirs plus petits, n’ont tout simplement pas le temps de fonctionner. Un trou noir des millions de fois plus lourd que notre Soleil ne devrait pas exister si tôt. C’est mathématiquement impoli.
La nouvelle étude suggère une solution radicale : ces trous noirs n’ont pas commencé modestement. Ils sont nés énormes. Directement. Sans qu’il soit nécessaire qu’une étoile massive s’effondre au préalable, sans attendre des millions d’années. Et surtout, sans avoir besoin de se gaver de matériel provenant d’une galaxie hôte qui n’a pas encore fini de s’assembler.
“Il s’agit d’un changement de paradigme”, déclare Roberto Maiolino de l’Université de Cambridge. “Une revisite totale des scénarios classiques.”
Ils l’ont publié dans Nature et MNRAS. Ce n’est pas vraiment une observation fortuite.
Einstein a fait le gros du travail
Pour le prouver, l’équipe a étudié un petit point rouge spécifique : Abell2744-QSQ1.
Il se situe 700 millions d’années après le Big Bang. Sa lumière voyage depuis plus de 13 milliards d’années rien que pour nous atteindre. L’objet est minuscule – seulement environ 1 300 rayons de lumière – mais il est bruyant.
L’étudier serait impossible dans des circonstances normales. Sauf pour Einstein.
La lentille gravitationnelle a plié la lumière de QSO1. Le Amas de Pandore (Abell 2744), situé entre nous et le point lointain, a fait office de loupe. Déformation de l’espace-temps. Courber les chemins de lumière. Cela a permis à Webb de voir des détails autrement flous et invisibles.
Initialement, les données suggéraient que QSO1 abritait un trou noir 40 millions de fois la masse du Soleil, enveloppé d’hydrogène et d’hélium gazeux. Mais les mesures précédentes des premiers trous noirs de l’univers étaient des suppositions indirectes basées sur le comportement des trous noirs de l’univers local. Hypothèse dangereuse, ça. Peut-être que l’univers des bébés obéit à des règles différentes.
Alors ils ont vérifié le mouvement du gaz.
À l’aide de l’instrument NIRSpec de JWST, ils ont cartographié la manière dont le gaz se déplaçait autour de la masse centrale. Si la masse était dispersée, comme un groupe d’étoiles agglomérées, le gaz dériverait de manière chaotique. Au lieu de cela, le gaz se déplaçait avec un mouvement keplérien parfait. Elle tournait autour d’un centre unique et dense, exactement comme les planètes tournent autour du Soleil.
Ce qui veut dire que la masse n’est pas étalée. C’est concentré. Tout cela.
“Ignas Juodžbalis, un autre co-responsable de l’équipe, l’a dit clairement. S’il y avait beaucoup d’étoiles impliquées, vous ne verriez pas cette rotation. Le gaz ne se comporte de cette façon que lorsqu’il y a une ancre massive au cœur.”
Ils pourraient enfin le peser. Directement.
Né grand
Le nombre est revenu à 50 millions de masses solaires.
Voici le truc : ce trou noir unique représente 66 % de la masse totale du Petit Point Rouge.
Dans notre univers local moderne, les trous noirs supermassifs ne représentent qu’une infime fraction du poids de leur galaxie. QSO1 inverse ce rapport des milliers de fois. Le trou noir n’est pas un passager dans la galaxie. La galaxie se forme actuellement autour du trou noir.
Ce qui laisse une question lancinante : d’où vient-il ?
Une étoile effondrée est hors de la table. Les calculs ne soutiennent pas une alimentation progressive. L’équipe penche vers deux théories. Premièrement, il est né d’une “graine lourde” formée par l’effondrement direct d’un nuage de gaz et de poussière. Deuxièmement, il est né dans les moments chaotiques immédiats du Big Bang lui-même, via un mécanisme que la physique n’a pas encore nommé.
Quoi qu’il en soit, la séquence d’événements que nous enseignons dans les manuels ressemble à de la fiction. L’hôte arrive en retard à la fête.
L’équipe pense que QSO1 n’est pas un problème ponctuel. Ils soupçonnent que la plupart des petits points rouges partagent cette bizarrerie : le trou noir d’abord, la galaxie ensuite. Maintenant, ils vont vérifier les autres. Voyez si l’univers enfreint systématiquement ses propres règles.
