Lumière sur la croissance des premiers trous noirs supermassifs

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences

Un groupe d’astronomes de l’Université de Tel Aviv vient de préciser les détails de la chronologie des trous noirs supermassifs au cœur des galaxies. Leur première phase de croissance rapide aurait eu lieu de un à trois milliards d’années plus tôt que prévu.

Au début des années 1960, bien peu d’astrophysiciens pensaient qu’il fallait prendre au sérieux le concept d’étoile à neutrons et son prolongement, le trou noir. Au XXIe siècle, on sait que les trous noirs sont omniprésents dans les galaxies et notamment dans leur cœur. Ils peuvent même y atteindre des masses colossales dépassant le million et parfois le milliard de masses solaires. Ce sont les trous noirs supermassifs.

Lorsque ces astres compacts géants accrètent massivement du gaz, ils se mettent à rayonner de fantastiques quantités d’énergie et apparaissent alors sous la forme de quasars. On sait que ces derniers étaient particulièrement actifs pendant les premiers milliards d’années de l’Histoire du cosmos observable mais il subsiste dans ce domaine plusieurs incertitudes. La première énigme concerne l’origine même des trous noirs supermassifs. Il semble clair toutefois qu’une part non négligeable de leur processus de croissance doive provenir des fusions entre les galaxies, conduisant à la coalescence de leurs trous noirs centraux. De manière plus générale, on a de bonnes raisons de penser que ces trous noirs et les galaxies croissent de pair et l’on cherche à modéliser ce processus par des simulations numériques puissantes, comme la Simulation du millénaire (Millennium Simulation).

Mais quels étaient les germes des premiers trous noirs galactiques centraux ? Provenaient-ils de la première génération d’étoiles dont on pense qu’elles devaient dépasser les cent masses solaires ? Comment s’est déroulée la croissance par accrétion de gaz de ces trous noirs ?

Un petit coin de voile se lève sur l'énigme des trous noirs supermassifs

Les observations réalisées depuis sept ans avec les télescopes Gemini North au sommet du Mauna Kea à Hawaï et à l’aide du Very Large Telescope Array du Cerro Paranal au Chili apportent une nouvelle lumière sur ces questions.

L’équipe d’astronomes de l’Université de Tel Aviv qui a conduit cette étude a décrypté le rayonnement émis par le gaz tombant sur les trous noirs et alimentant leur croissance. Le bilan de ces mesures est que la première période de croissance rapide des trous noirs supermassifs s’est produite seulement 1,2 milliard d’années après la naissance de l’univers observable et non entre deux et quatre milliards d’années plus tard comme on le croyait jusqu’à maintenant. De plus, cette période de croissance effrénée n’aurait duré que de 100 à 200 millions d’années alors que les trous noirs étaient dix fois moins massifs qu’aujourd’hui.

Le plus intéressant n’est probablement pas là. En effet, en se basant sur la mesure de la vitesse de croissance des trous noirs à cette époque, les chercheurs sont remontés presque à la naissance des trous noirs supermassifs. Il semblerait que ceux-ci aient été formés avec des masses de seulement 100 à 1.000 masses solaires alors que l’univers n’était âgé que de quelques centaines de millions d’années. Il est donc tentant de relier leur formation à celles de trous noirs issus de l’effondrement gravitationnel d’étoiles très massives de plus de 100 masses solaires, celles-là mêmes dont on pense qu’elles ont constitué la première génération d’étoiles et les premiers sursauts gamma.