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.

Les caractéristiques de surface sur Cérès – le plus grand monde entre Mars et Jupiter – et son évolution intérieure ont une relation plus étroite qu’on ne pourrait le penser.

Une étude récente, publiée dans Geophysical Research Letters, a analysé les caractéristiques de surface de Cérès pour révéler des indices sur l’évolution de l’intérieur de la planète naine. Plus précisément, l’étude a exploré les caractéristiques linéaires – les chaînes de fossés et les petits cratères secondaires communs sur Cérès.

Les résultats s’accordent avec l’idée que, il y a des centaines de millions d’années (jusqu’à un milliard d’années), les matériaux sous la surface de Cérès poussaient vers l’extérieur, en créant des fractures dans la croûte.

« Alors que ce matériau remontait sous la surface de Cérès, des parties de la couche externe de Cérès ont été séparées, en formant les fractures », a déclaré Jennifer Scully, auteur principal et associé de l’équipe scientifique Dawn au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena en Californie.

L’indication du matériau surgissant de la surface de Cérès permet d’établir une autre perspective sur la façon dont la planète naine a pu évoluer.

À la recherche d’une aiguille dans une botte de foin

Les scientifiques de Dawn ont généré une carte de plus de 2 000 entités linéaires sur Cérès, d’une longueur supérieure à 0,6 mile (un kilomètre), situées à l’extérieur des cratères d’impact. Les scientifiques ont interprété les observations de Dawn sur deux types de traits linéaires pour mieux comprendre leur lien avec le matériau éjecté. Les chaînes de cratères secondaires, la plus commune des caractéristiques linéaires, sont de longues chaînes de dépressions circulaires créées par des fragments jetés hors des grands cratères d’impact lorsqu’ils se sont formés sur Cérès. Les chaînes de fossés, d’autre part, sont des expressions de surface des fractures souterraines.

Parmi les deux caractéristiques, seules les chaînes de puits donnent un aperçu de l’évolution de l’intérieur de Cérès. Scully a déclaré que le plus grand défi de l’étude était la différenciation entre les chaînes de cratères secondaires et les chaînes de puits. Bien que les caractéristiques soient remarquablement similaires, les chercheurs ont pu les distinguer en fonction de leurs formes détaillées. Par exemple, les cratères secondaires sont relativement plus arrondis que les chaînes de fossés, qui sont plus irrégulières. De plus, les chaînes de puits n’ont pas de rebords surélevés, alors qu’il y a généralement une jante autour des cratères secondaires.

Comment les caractéristiques ont-elles été formées ?

Bien qu’il soit possible que le gel d’un océan souterrain global ait formé les fractures, ce scénario est peu probable, car les emplacements des chaînes de puits ne sont pas uniformément dispersés à la surface de Cérès. Il est également peu probable que les fractures formées par les contraintes proviennent d’un impact important car il n’y a aucune preuve sur Cérès d’impacts suffisamment importants pour générer des fractures de cette ampleur. L’explication la plus probable, selon les scientifiques de Dawn, est qu’une région de matériel éjecté a formé les chaînes de puits. Le matériau peut être remonté de l’intérieur de Cérès parce qu’il est moins dense que les matériaux environnants.

Les scientifiques de Dawn ont hâte de voir comment ces caractéristiques aideront d’autres chercheurs à modéliser l’évolution de l’intérieur de Cérès, ce qui permet de vérifier si des remontées d’eau ont pu se produire près des fractures.

Traduit par Bernard Candela à partir de JPL News