La récente découverte du trou noir le plus ancien connu à ce jour par James Webb fait état d’une masse surprenante pour cette époque, remettant en cause les théories sur la croissance des trous noirs. L’objet cosmique, situé dans la galaxie GN-z11 peu après le Big Bang, suggère des processus de formation plus rapides qu’estimés.
Remontant à plus de 13 milliards d’années — une période proche de la naissance de l’Univers —, l’observation a révélé un trou noir primitif d’une masse surprenante pour un trou noir de cet âge, soulevant des interrogations sur les mécanismes qui ont permis une telle croissance si rapidement. Cette révélation, détaillée sur la plateforme arXiv, ouvre un nouveau chapitre dans l’étude des trous noirs.
Un géant dès l’origine ?
Le trou noir supermassif possède une masse estimée à environ un million de fois celle du Soleil. Cette masse est particulièrement remarquable compte tenu de l’âge du trou noir, qui remonte à seulement 440 millions d’années après le Big Bang. Étant donné qu’il s’agit d’un trou noir considéré comme étant encore dans sa phase « jeune », cela soulève des questions fondamentales sur les mécanismes de croissance des trous noirs dans l’univers primitif.
Roberto Maiolino, astrophysicien à l’Université de Cambridge et responsable de cette étude, a exprimé sa surprise face à cette découverte dans un article du Guardian. Il a qualifié le trou noir de « très massif » et d’une masse « inattendue », mettant en lumière l’aspect inhabituel de cette observation.
En raison de la nature des trous noirs, qui ne laissent échapper aucune forme de rayonnement, y compris la lumière, il est impossible d’obtenir une image directe de ces objets. Toutefois, les scientifiques ont réussi à détecter des indices révélateurs de l’existence de l’objet. Ils ont observé les signatures distinctives de son disque d’accrétion, la structure composée de gaz et de poussière en rotation rapide autour du trou noir. Ce disque d’accrétion est un élément clé dans l’étude de ces objets, car il fournit des informations précieuses sur leurs propriétés, telles que la masse et la vitesse de rotation. La détection de ces signatures a permis aux chercheurs de confirmer la présence du trou noir et d’analyser ses caractéristiques exceptionnelles.
Un puzzle cosmique approfondi
L’étude suggère que les trous noirs, dans leur « enfance » cosmique, étaient soit déjà de taille considérable dès leur formation, soit qu’ils aient connu une phase de croissance extrêmement rapide. Cette idée va à l’encontre de la compréhension traditionnelle selon laquelle les trous noirs croissent progressivement en accumulant de la matière sur de longues périodes.
Andrew Pontzen, cosmologiste à l’University College de Londres, estime que les résultats indiquent que certains trous noirs ont pu croître à un rythme bien plus soutenu qu’on ne le pensait jusqu’ici, surtout dans les premiers milliards d’années suivant le Big Bang. Cette accélération de la croissance des trous noirs dans l’univers jeune remet en question les modèles existants et ouvre la voie à de nouvelles théories.
Pour expliquer cette croissance rapide, plusieurs hypothèses sont avancées. L’une d’entre elles est le scénario des « graines lourdes ». Selon cette théorie, les premiers trous noirs ne seraient pas issus de l’effondrement d’étoiles mourantes, mais plutôt de l’effondrement direct de vastes nuages de gaz. Dans ce cas, les trous noirs se formeraient avec une masse initiale déjà importante, ce qui pourrait expliquer leur masse exceptionnelle dans l’univers primitif.
Une autre hypothèse envisage la fusion rapide d’amas d’étoiles et de trous noirs dans les premières époques de l’univers. Cette fusion accélérée de plusieurs objets compacts pourrait conduire à la formation rapide de trous noirs de grande taille. Cette idée suggère un univers primitif dynamique et chaotique, où de telles fusions étaient plus fréquentes, facilitant ainsi la croissance rapide des trous noirs.
Repenser les origines
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.
La découverte de ce trou noir ancien dans la galaxie GN-z11 amène donc la possibilité d’une révision fondamentale de notre compréhension de la chronologie et de la mécanique de l’univers primitif. Traditionnellement, il est supposé que les galaxies se forment d’abord, et que les trous noirs grandissent ensuite en leur sein. Cependant, cette observation suggère une alternative intrigante : les trous noirs primordiaux pourraient avoir existé dès les premiers moments de l’univers, intégrés dans sa structure dès le début.
Si les trous noirs étaient présents au commencement, comment se sont-ils formés ? Quel rôle ont-ils joué dans la distribution de la matière et dans la formation des structures à grande échelle dans l’univers ? Ces questions suggèrent que les trous noirs pourraient être plus que de simples phénomènes gravitationnels ; ils pourraient être des composants clés ayant façonné l’univers tel que nous le connaissons.
En outre, cette découverte pourrait avoir des implications pour notre compréhension de la physique fondamentale, en particulier en ce qui concerne les théories de la relativité générale d’Einstein et de la gravité quantique. Les trous noirs, en tant que phénomènes extrêmes, testent les limites de notre compréhension physique, et la présence dans l’univers primitif d’objets si massifs pourrait fournir des indices cruciaux sur la nature de la gravité et de l’espace-temps dans des conditions extrêmes.
Un trou noir
est un objet compact au champ gravitationnel si intense qu'aucune
matière ni aucun rayonnement ne peut s'en échapper. Puisque ces
astres n'émettent aucune lumière, ils ne peuvent être... [...]
Une galaxie est une grande structure cosmique composée d'un
assemblage d'étoiles, de gaz et de poussières. Il en existe
plusieurs types, classés selon leur masse et leur morphologie,
formées à différentes... [...]