On pensait savoir comment naissaient les trous noirs géants : ces points rouges captés par le James Webb racontent une tout autre histoire
Des points rouges, minuscules et lumineux, ont été découverts par le télescope spatial James Webb lors de ses observations de l’univers primordial en décembre 2022. Ces objets, désignés sous le nom de « little red dots » (LRDs), remettent en question nos connaissances sur la formation des trous noirs les plus massifs de l’univers.
Le modèle standard de cosmologie stipule que les trous noirs géants se forment progressivement à partir de « graines légères », où une étoile massive s’effondre après avoir épuisé son carburant nucléaire. Cette théorie suggère que ces trous noirs fusionnent pendant des milliards d’années pour atteindre des masses colossales. Cependant, les récentes découvertes du James Webb, qui a observé des trous noirs supermassifs jusqu’à 100 millions de fois la masse du Soleil, montrent qu’ils étaient déjà présents quelques centaines de millions d’années après le Big Bang, une période où, selon la théorie classique, ils n’auraient pas dû exister.
Les observations du James Webb ont conduit à l’hypothèse des trous noirs à effondrement direct (DCBH), qui se forment par l’effondrement rapide de grands nuages primordiaux de gaz. Contrairement aux trous noirs issus de la mort d’étoiles, ces DCBH peuvent avoir des masses initiales de plusieurs dizaines de milliers à un million de fois celle du Soleil, leur permettant de devenir des trous noirs supermassifs plus rapidement.
L’environnement nécessaire à la formation des DCBH inclut l’absence d’éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium, ce qui était le cas dans les premiers temps de l’univers. Les données du James Webb fournissent ainsi une fenêtre unique sur cette phase précoce, que les astronomes n’auraient pas pu observer autrement.
Pour valider cette hypothèse, des chercheurs ont utilisé des simulations galactiques et ont constaté que les modèles DCBH concordent mieux avec les observations des LRD. Une étude récente a confirmé que si les trous noirs avaient été formés par le mécanisme classique, leur nombre observé serait beaucoup plus élevé que celui détecté par le James Webb.
Les LRD semblent disparaître de l’univers environ 1,5 milliard d’années après le Big Bang, ce qui pourrait être expliqué par l’enrichissement des galaxies en éléments lourds, rendant les conditions nécessaires à leur formation de nouveau impossibles.
Ces découvertes soulignent une importante avancée dans notre compréhension de l’univers primordial et de la formation des trous noirs, tout en laissant encore quelques questions sans réponse, notamment concernant les LRD les plus lumineuses.
Sources : space.com, phys.org
