Le télescope Webb détecte des paires de trous noirs en cours de fusion dans l’univers primitif

Des astronomes ont découvert quatre paires de trous noirs en croissance rapide dans l'univers primitif qui semblent être sur une trajectoire de collision. Il s'agit de la première preuve directe que les fusions de trous noirs pourraient avoir alimenté la croissance mystérieuse des trous noirs supermassifs peu après le Big Bang.

Ces conclusions, publiées le 31 août dans les Publications of the Astronomical Society of Japan, reposent sur une nouvelle technique d'analyse d'images appliquée aux observations infrarouges du télescope spatial James Webb.eurekalert+1

Une nouvelle façon de voir double

L'équipe de recherche, dirigée par Takumi Tanaka, doctorant à l'Université de Tokyo au sein de l'Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l'univers, s'est concentrée sur une catégorie d'objets compacts et rougeâtres appelés « petits points rouges » (LRD, pour Little Red Dots). Ces petits corps célestes sont détectables de manière unique par le JWST depuis sa mise en service en 2022. Les scientifiques pensent que les LRD sont des trous noirs entourés de matière en train de s'y effondrer, croissant à un rythme effréné.phys+1

Les méthodes précédentes pour identifier ces objets reposaient sur la mesure de la luminosité globale et de la couleur de chaque source. Cette approche, ont constaté les chercheurs, pouvait facilement confondre deux LRD très proches avec un seul objet de forme étrange. Pour surmonter cet obstacle, Tanaka et ses collègues, dont le professeur du Kavli IPMU John Silverman, ont développé une méthode de sélection des couleurs pixel par pixel qui examine la couleur de chaque pixel individuel dans les images haute résolution du JWST.eurekalert+1

Cette technique a révélé quatre ensembles de LRD doubles ayant existé il y a 12,5 à 12,8 milliards d'années, séparés par des distances allant de quelques milliers à des dizaines de milliers d'années-lumière (bien inférieures aux 100 000 années-lumière d'envergure de la Voie lactée). Les données spectroscopiques du JWST ont confirmé que deux de ces paires partagent des décalages vers le rouge presque identiques, ce qui prouve qu'il s'agit bien de voisins proches et non d'illusions d'optique créées par un simple alignement visuel.u-tokyo+2

Pourquoi c'est important

Une analyse statistique a montré qu'il était peu probable que ces quatre paires soient le fruit du hasard, ce qui suggère que les LRD se regroupent à des échelles de plusieurs milliers d'années-lumière. Les fusions de galaxies sont censées canaliser de grandes quantités de gaz vers les centres galactiques, accélérant ainsi la croissance des trous noirs centraux. Si chaque LRD abrite un trou noir en croissance, ces paires pourraient représenter les précurseurs de fusions de trous noirs, des événements que les futurs observatoires d'ondes gravitationnelles pourraient un jour détecter.eurekalert+1

La question de savoir comment des trous noirs supermassifs, pesant de millions à des milliards de masses solaires, ont pu devenir si grands si rapidement après le Big Bang reste l'une des énigmes les plus tenaces de l'astronomie. D'autres travaux récents, notamment une étude publiée dans Nature décrivant une « étoile de trou noir » observée seulement 660 millions d'années après le Big Bang, suggèrent que des enveloppes de gaz denses pourraient permettre aux trous noirs de dépasser leurs limites de croissance habituelles.earth+1

Et ensuite ?

L'équipe prévoit d'appliquer sa méthode à l'échelle des pixels à des ensembles de données plus vastes du JWST afin d'établir un profil statistique de la fréquence à laquelle les LRD forment des paires serrées. Cette proportion pourrait révéler le rôle joué par les fusions dans la croissance initiale des trous noirs.u-tokyo+1

« En mesurant statistiquement la proportion de trous noirs massifs qui forment des paires serrées, les chercheurs pourraient déterminer le rôle que les fusions de trous noirs ont joué dans leur croissance au cours des premières étapes de leur évolution », a déclaré l'Université de Tokyo dans un communiqué accompagnant l'étude.u-tokyo