Les observations recueillies à l'aide du télescope spatial James Webb ont révélé un trou noir supermassif actif, dont la masse est de 9 millions de fois celle du Soleil, et qui se développe activement, absorbant la matière de l'espace qui l'entoure. 570 millions d'années après le Big Bang, c'est le premier trou noir supermassif à se développer, même si les scientifiques espèrent qu'il ne détiendra pas le record longtemps.
Un trou noir a été découvert à l'intérieur de l'une des premières galaxies jamais découvertes, anciennement connue sous le nom de EGSY8p7, et depuis rebaptisé CEERS 1019. Sa découverte pourrait aider à résoudre l'un des plus grands mystères de l'univers primitif : comment les trous noirs de l'Aube cosmique ont atteint des tailles aussi importantes en si peu de temps.
Un article détaillant la découverte, dirigé par l'astrophysicienne Rebecca Larson de l'Université du Texas à Austin, apparaît dans un numéro spécial de The Astrophysical Journal. "Nous avons trouvé le noyau galactique actif le plus éloigné (AGN) et le plus ancien trou noir que nous ayons jamais trouvé", a déclaré Larson à ScienceAlert. Larson a initialement observé CEERS 1019 dans le cadre de son travail d'étude de la lumière produite par la formation d'étoiles au tout début de l'univers.
Cette lumière, appelée rayonnement Lyman alpha, serait générée par l'ionisation de l'hydrogène neutre lors de la formation des étoiles. L'univers primitif était rempli d'un brouillard d'hydrogène neutre qui empêchait la propagation de la lumière, seulement après que cet hydrogène ait été ionisé, la lumière pouvait se propager librement.
Cette ère de réionisation, comme on le sait, n'a pas été entièrement étudiée. Nous savons que cela s'est produit dans le premier milliard d'années après le Big Bang il y a 13,8 milliards d'années, mais il est très difficile de regarder aussi loin dans l'univers primitif. CEERS 1019 et plusieurs autres galaxies ultra-précoces sont d'excellents objets pour cette étude car elles sont relativement brillantes. La galaxie a été identifiée dans les données de Hubble en 2015, et à l'époque c'était la galaxie la plus ancienne et la plus éloignée observée.
D'autres observations ont confirmé son existence, mais des informations plus détaillées sont restées insaisissables : la première lumière de l'univers, due à l'expansion de l'univers, s'est déplacée si loin dans la partie infrarouge du spectre qu'un puissant instrument infrarouge spécial tel que JWST est nécessaire. pour l'étudier.
Ainsi, lorsque JWST est apparu, CEERS 1019 – la plus brillante des galaxies Hubble de cette époque – est devenue une cible évidente. Le télescope n'a regardé la galaxie que pendant une heure avec ses quatre instruments, mais a fourni une mine de données.
Puis Larson a remarqué quelque chose à laquelle elle ne s'attendait pas tout à fait. En plus de la formation d'étoiles brillantes, il y avait une large caractéristique d'émission généralement associée à l'AGN. Quand elle en a parlé à certains des chercheurs de l'AGN, les choses sont devenues intéressantes. En règle générale, une galaxie de l'univers primitif émet soit de la lumière provenant d'une supernova, soit de la lumière provenant de la formation d'étoiles. Voir les deux dans la même galaxie était extrêmement inattendu.
"Nous avons argumenté pendant des semaines que ça devait être, que ça devait être l'un ou l'autre. Et il s'avère que ce sont les deux. Il y a une certaine influence du trou noir sur les raies d'émission que nous voyons, mais la majeure partie de la lumière que nous voyons dans nos images est toujours dominée par la partie stellaire de la galaxie." Qu'un trou noir supermassif ait existé il y a plus de 13,2 milliards d'années et ait continué à se développer n'est pas aussi surprenant qu'on pourrait le penser.
Des trous noirs beaucoup plus grands ont été découverts dans l'univers primitif, J1342+0928, une quasi-galaxie découverte 690 millions d'années après le Big Bang, possède un trou noir supermassif de la taille de 800 millions de soleils. Le trou noir en J0313-1806, découvert 670 millions d'années après le Big Bang, a une taille de 1,6 milliard de soleils.
Ces deux quasars sont dominés par l'émission AGN. Selon Larson et ses collègues, CEERS 1019 est une étape intermédiaire : le point entre les galaxies ultérieures, plus grandes, dominées par l'AGN et comment ces galaxies et leurs trous noirs ont commencé à se former en premier lieu. En regardant le trou noir supermassif dans CEERS 1019, les chercheurs pensent que l'objet s'est formé à partir de l'effondrement d'un objet massif, comme l'une des premières étoiles de l'univers. Ces étoiles étaient beaucoup, beaucoup plus grandes que les étoiles que nous voyons autour de nous aujourd'hui, donc un trou noir issu d'un tel effondrement aurait une longueur d'avance sur la voie de la supermassivité.
Comme le souligne Larson, les résultats ont été obtenus en seulement une heure d'observation. Des observations vraiment profondes devraient révéler des galaxies plus éloignées et même plus faibles, ce qui nous aidera enfin à comprendre comment l'univers est né et comment il s'est développé.
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