Les scientifiques ont découvert une relique rare de l’univers primitif: le trou noir supermassif le plus connu. Cette bête mangeuse de matière est 800 millions de fois la masse de notre Soleil, qui est étonnamment grande pour son jeune âge. Les chercheurs rapportent la découverte dans la revue Nature.
« Ce trou noir est devenu beaucoup plus grand que prévu dans seulement 690 millions d’années après le Big Bang, qui remet en question nos théories sur la formation des trous noirs », a déclaré le co-auteur Daniel Stern du Jet Propulsion Laboratory à Pasadena en Californie.
Les astronomes ont combiné les données du WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) de la NASA avec des enquêtes au sol pour identifier des objets lointains potentiels à étudier, puis ont suivi les télescopes Magellan de Carnegie Observatories au Chili. L’astronome Carnegie, Eduardo Bañados, a dirigé l’effort pour identifier les candidats parmi les centaines de millions d’objets que WISE a trouvés et qui mériteraient d’être suivis par Magellan.
Pour que les trous noirs deviennent si grands dans l’univers primitif, les astronomes spéculent qu’il doit y avoir des conditions spéciales pour permettre une croissance rapide – mais la raison sous-jacente reste mystérieuse.
Le trou noir nouvellement découvert est un matériau dévorant voracement au centre d’une galaxie – un phénomène appelé un quasar. Ce quasar est particulièrement intéressant car il vient d’une époque où l’univers commençait tout juste à émerger de ses âges sombres. La découverte fournira des informations fondamentales sur l’univers alors qu’il ne représentait que 5% de son âge actuel.
« Les quasars sont parmi les objets célestes les plus brillants et les plus lointains et sont cruciaux pour comprendre l’univers primitif », a déclaré le co-auteur Bram Venemans de l’Institut Max Planck d’astronomie en Allemagne.
L’univers a commencé dans une soupe chaude de particules qui s’est rapidement écartée dans une période appelée inflation. Environ 400 000 ans après le Big Bang, ces particules se sont refroidies et ont fusionné en gaz d’hydrogène neutre. Mais l’univers est resté sombre, sans sources lumineuses, jusqu’à ce que la gravité ait condensé la matière dans les premières étoiles et galaxies. L’énergie libérée par ces galaxies antiques a provoqué l’excitation et l’ionisation de l’hydrogène neutre, ou la perte d’un électron. Le gaz est resté dans cet état depuis ce temps. Une fois que l’univers a été réionisé, les photons pouvaient voyager librement dans l’espace. C’est le point où l’univers est devenu transparent à la lumière.
Une grande partie de l’hydrogène entourant le quasar nouvellement découvert est neutre. Cela signifie que le quasar n’est pas seulement le plus lointain – c’est aussi le seul exemple que nous puissions voir avant que l’univers ne soit réionisé.
« C’était la dernière grande transition de l’univers et l’une des frontières actuelles de l’astrophysique », a déclaré M. Bañados.
La distance du quasar est déterminée par ce que l’on appelle son redshift, une mesure de combien la longueur d’onde de sa lumière est étirée par l’expansion de l’univers avant d’atteindre la Terre. Plus le décalage vers le rouge est élevé, plus la distance est grande, et les astronomes plus lointains regardent dans le temps lorsqu’ils observent l’objet. Ce quasar nouvellement découvert a un décalage vers le rouge de 7,54, basé sur la détection des émissions de carbone ionisé de la galaxie qui héberge le trou noir massif. Cela signifie qu’il a fallu plus de 13 milliards d’années pour que la lumière du quasar nous atteigne.
Les scientifiques prédisent que le ciel contient entre 20 et 100 quasars aussi brillants et aussi éloignés que ce quasar. Les astronomes attendent avec impatience la mission Euclid de l’Agence spatiale européenne, qui a une participation significative de la NASA, et la mission WFIRST (Wide-field Infrared Survey Telescope) de la NASA, pour trouver plus d’objets éloignés.
«Avec la construction de plusieurs installations de nouvelle génération, encore plus sensibles, nous pouvons nous attendre à de nombreuses découvertes passionnantes au tout début de l’univers dans les années à venir», a déclaré M. Stern.