© Illustration générée sur Gemini – Illustration de la formation d'une graine de trou noir supermassif dans un amas de type "gemmes cosmiques"
Comment sont apparus les monstres noirs aux dimensions colossales qui règnent au centre des galaxies ? C'est un des grands mystères de la cosmologie. L'origine des trous noirs supermassifs, et comment ils ont pu atteindre – parfois très rapidement – des masses de millions, voire milliards de fois celle de notre soleil, est un véritable casse-tête pour les astrophysiciens.
Et si nous avions déjà observé leurs berceaux sans vraiment nous en rendre compte ? C'est ce que propose une étude parue sur Astronomy & Astrophysics.
L'équipe de Viola Bocchi a modélisé des amas stellaires ultra-denses découverts par le télescope James-Webb et les chercheurs ont identifié des nurseries idéales où naîtraient les “graines lourdes” à l'origine de ces géants cosmiques.
Nos résultats suggèrent que ces amas denses sont des usines viables pour le développement des trous noirs supermassifs
Ces cinq amas stellaires primitifs sont “l'arc des gemmes cosmiques” découvert par le James-Webb, 460 millions d'années après le Big Bang, seraient des candidats parfaits pour la naissance des trous noirs supermassifs.© ESA/Webb, NASA & CSA, L. Bradley (STScI), A. Adamo (université Stockholm) et la collaboration du printemps cosmique
Ces cinq amas stellaires primitifs sont “l'arc des gemmes cosmiques” découvert par le James-Webb, 460 millions d'années après le Big Bang, seraient des candidats parfaits pour la naissance des trous noirs supermassifs.
© ESA/Webb, NASA & CSA, L. Bradley (STScI), A. Adamo (université Stockholm) et la collaboration du printemps cosmique
Entre les trous noirs stellaires et supermassifs se cache un chaînon bizarrement manquant : les trous noirs intermédiaires (IMBH), pesant de 100 à 100 000 masses solaires. Grâce à l'effet de lentille gravitationnelle, le JWST a scruté l'arc des “gemmes cosmiques”, un ensemble d'amas stellaires très jeunes observé 460 millions d'années seulement après le Big Bang.
Selon les simulations, leur compacité record et leur teneur très faible en éléments lourds, qui limite la perte de masse par vents stellaires, déclenchent des collisions et fusions stellaires en cascade. Résultat : ces fabriques d'un nouveau genre engendrent des graines lourdes de 1 600 à 2 700 masses solaires, idéalement armées pour grossir rapidement et donner naissance aux précurseurs des trous noirs gigantesques.
La galaxie Firefly Sparkle vue sans la déformation due aux effets de lentille gravitationnelle (illustration d'artiste)© NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI). Science: Lamiya Mowla (Wellesley), Guillaume Desprez (université Saint Mary's)
La galaxie Firefly Sparkle vue sans la déformation due aux effets de lentille gravitationnelle (illustration d'artiste)
© NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI). Science: Lamiya Mowla (Wellesley), Guillaume Desprez (université Saint Mary's)
Ces résultats font écho à une autre cible phare du télescope spatial, le "Firefly Sparkle", une galaxie lointaine observée 600 millions d'années après le Big Bang que nous avions déjà présentée.
Dans cette structure, le JWST avait identifié dix amas stellaires jeunes. Si leurs rayons plus vastes produisent des graines un peu plus modestes – oscillant entre 180 et 810 masses solaires –, elles confirment que ce mécanisme de formation n'est pas anecdotique. Ces pouponnières pourraient également expliquer comment ont pu germer les mystérieux “Little Red Dots” détectés un peu partout dans le cosmos jeune.
Les auteurs appellent toutefois à la prudence : ils n'ont pas observé directement la naissance des trous noirs supermassifs. Si les modèles numériques valident ces pépites comme des fabriques viables, plusieurs inconnues persistent.
La rotation interne des amas ou leur structure tridimensionnelle précise, ou leur masse initiale, restent à affiner. Autant de paramètres qui pour l'instant laissent une marge d'incertitude sur les masses finales de ces possibles graines. Leur étude propose une assise physique tangible pour comprendre l'enfance de ces colosses galactiques.
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