Le télescope James Webb révèle le plus ancien trou noir connu à l'intérieur de la galaxie GN-z11 : NPR

Cette image montre un « gros plan » de la galaxie GN-z11 telle qu'imagée par le télescope spatial Hubble, superposée à une autre image décrivant la position de la galaxie dans le ciel.

NASA

Masquer la légende

Basculer la légende

NASA

Cette image montre un « gros plan » de la galaxie GN-z11 telle qu'imagée par le télescope spatial Hubble, superposée à une autre image décrivant la position de la galaxie dans le ciel.

NASA

Quand le télescope spatial Hubble a découvert la galaxie pour la première fois GN-Z11 En 2016, c’était la galaxie la plus lointaine jamais découverte par les scientifiques. Elle était ancienne et s'est formée il y a 13,4 milliards d'années, soit seulement 400 millions d'années après le Big Bang.

Mais même si le record du GN-z11 a depuis été battu, la galaxie reste une énigme. Pour une galaxie aussi ancienne et compacte, elle était étrangement lumineuse. Pour être aussi brillant, « il aurait fallu un grand nombre d'étoiles regroupées dans un si petit volume », dit-il. Roberto Maiolino, astrophysicien à l'Université de Cambridge. Mais étant donné le jeune âge de l’univers, il aurait été difficile de former toutes ces jeunes étoiles brillantes en si peu de temps.

Maintenant, dans un article intitulé « Un petit trou noir puissant dans l’univers primitif », publié dans… natureMaiolino et ses collègues ont une explication alternative à toute cette lumière : un trou noir supermassif avec une masse environ 1,6 million de fois celle de notre Soleil. Le trou noir lui-même n'émet aucune lumière, mais, suggère Maiolino, toute la matière qui se dirige vers lui peut être suffisamment chaude et brillante pour produire un intense rayonnement galactique.

Il dit qu'il s'agit du premier trou noir jamais découvert et que son existence en soi soulève des questions sur l'origine de certains trous noirs et sur la manière dont ils se nourrissent et se développent.

Un nouveau télescope révèle un magnifique arc-en-ciel

Au cours des 20 dernières années, Maiolino a contribué au développement… Télescope spatial James Webb Qui a été lancé le jour de Noël 2021. Il fait notamment partie de l'équipe qui a conçu et construit l'un de ses outils phares appelé Spectromètre proche infrarouge.

« Dieu [is] Responsable de diviser la lumière des galaxies et des étoiles [into] « Ses couleurs. C'est donc essentiellement l'arc-en-ciel de la galaxie », dit-il.

Lorsque Maiolino et ses collègues ont pointé leur nouveau télescope et instrument puissant vers la galaxie connue sous le nom de GN-z11, les détails qui sont revenus étaient étonnants.

«C'était très excitant», se souvient-il. « Mais au début, nous n'avions pas vraiment réalisé ce qu'il nous disait. Le spectre était très confus. »

L’équipe a donc approfondi son analyse et collecté davantage de données. Ils ont émis l’hypothèse que la brillante lueur ultraviolette émanant de la galaxie lointaine pourrait provenir de quantités massives de gaz tourbillonnant autour d’elle et se déversant dans un trou noir. La friction de tout ce gaz aspiré le réchaufferait et l’enflammerait, ce qui explique probablement pourquoi la galaxie est si lumineuse.

C'est ainsi que Maiolino et son équipe ont découvert à quoi ils avaient affaire : un trou noir supermassif stationné au centre de la galaxie.

« À ce moment-là, l’enthousiasme s’est multiplié et est devenu bien sûr plus intéressant », dit-il.

Un trou noir spécial

Ce n'était pas seulement un trou noir. Premièrement – ​​en supposant que le trou noir ait commencé petit – il pourrait dévorer la matière à un rythme féroce. Et il devait le faire pour atteindre sa taille massive.

« Ce trou noir est en train de manger [equivalent of] « Un plein soleil tous les cinq ans », explique Maiolino, « c'est en fait beaucoup plus élevé que ce que nous pensions possible pour ces trous noirs. » D’où le mot « fort » dans le titre du document.

Deuxièmement, le trou noir représente 1,6 million de fois la masse de notre Soleil et il n’existait que 400 millions d’années après l’aube de l’univers.

« Il n'est fondamentalement pas possible qu'un trou noir aussi massif se développe aussi rapidement et aussi tôt dans l'univers », explique Maiolino. « En principe, selon les théories classiques, il n'y a pas assez de temps. Il faut donc imaginer des scénarios alternatifs. »

Voici le premier scénario : au lieu de commencer comme de petits trous noirs, peut-être supermassifs, dans l'univers primitif, ils sont simplement nés de l'effondrement de nuages ​​massifs de gaz primordial.

Le deuxième scénario est que les premières étoiles pourraient s'être effondrées pour former une mer de trous noirs plus petits, qui auraient fusionné ou avalé de la matière beaucoup plus rapidement que nous le pensions, provoquant une croissance rapide du trou noir résultant.

Ou peut-être que c'est une combinaison des deux.

De plus, ce trou noir nuit probablement à la croissance de la galaxie GN-z11. En effet, les trous noirs rayonnent de l’énergie lorsqu’ils se nourrissent. À un tel rythme de festin, cette énergie pourrait balayer le gaz de la galaxie hôte. Étant donné que les étoiles sont constituées de gaz, cela pourrait freiner le processus de formation des étoiles, étouffant lentement la galaxie. Sans oublier que sans le gaz, le trou noir n’aurait rien pour se nourrir et mourrait également.

« Ces auteurs ont présenté des arguments convaincants en faveur de l'existence d'un trou noir », dit-il. Priyava NatarajanIl est astrophysicien à l’Université de Yale et n’a pas participé à l’étude, « même si elle n’a pas été détectée » à l’aide des rayons X, la référence en matière de test de l’existence d’un trou noir.

Natarajan faisait partie de l'équipe qui Utilisé récemment Le nouveau télescope spatial James Webb et les données radiographiques de Observatoire de rayons X Chandra Trouver un trou noir supermassif dans une autre partie de l’univers qui existait 470 millions d’années après le Big Bang est une découverte plus récente que cette dernière découverte.

Cette découverte « révèle la diversité des trous noirs et de leurs galaxies hôtes. Nous constatons aujourd'hui une diversité, et cette diversité semble commencer très tôt », explique Natarajan.