Une équipe internationale d’astronomes, dirigée par des chercheurs de l’université de Cambridge (Royaume-Uni), vient de révéler une découverte qui bouscule les théories établies sur la formation des trous noirs et des galaxies. Selon Futura Sciences, l’observation d’un « petit point rouge » situé à plus de 13 milliards d’années-lumière a permis d’identifier un trou noir supermassif ayant probablement émergé avant même que sa galaxie hôte ne se structure.

Ce qu’il faut retenir

  • Un trou noir supermassif, nommé Abell 2744-QSO1, a été observé à plus de 13 milliards d’années-lumière de la Terre, alors que l’Univers n’avait pas 700 millions d’années.
  • Sa masse est estimée à 50 millions de fois celle du Soleil, représentant plus des deux tiers de la masse totale de l’objet, une proportion exceptionnellement élevée pour un trou noir aussi ancien.
  • L’environnement de ce trou noir est anormalement pauvre en éléments lourds, suggérant qu’il pourrait s’agir d’un trou noir « primordial », formé directement après le Big Bang.
  • Les astronomes estiment que ce trou noir aurait pu se former moins d’un milliard d’années après le Big Bang, soit avant la formation de sa galaxie hôte.
  • Cette découverte, publiée dans Nature et les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, remet en cause le scénario classique où les trous noirs se forment après les galaxies.

Un « petit point rouge » qui intrigue les astronomes depuis des mois

Depuis plusieurs mois, les astronomes scrutaient avec attention les « petits points rouges » repérés par le télescope spatial James-Webb (JWST). Ces objets, détectés lorsque l’Univers avait moins de 700 millions d’années, intriguent la communauté scientifique, car leur nature exacte reste débattue. Futura Sciences précise que certains chercheurs évoquent la possibilité qu’il s’agisse d’étoiles à trou noir, une hypothèse qui pourrait désormais trouver un début de confirmation.

C’est dans ce contexte que l’équipe de Cambridge a concentré ses efforts sur l’un de ces points rouges, nommé Abell 2744-QSO1. Grâce à un effet de lentille gravitationnelle produit par l’amas de galaxies Abell 2744 — aussi appelé amas de Pandore —, les astronomes ont pu analyser cet objet avec une précision inégalée. L’amas de Pandore, situé entre la Terre et QSO1, a agi comme une loupe naturelle, amplifiant et déformant la lumière émise par ce point rouge.

Une masse colossale et un environnement primitif

Les premières observations indiquaient déjà que le gaz en orbite autour de ce trou noir semblait se comporter comme celui des galaxies plus récentes, avec une rotation quasi parfaite autour d’un centre de gravité unique. Les chercheurs ont alors utilisé le spectrographe proche infrarouge (NIRSpec) du JWST pour mesurer la masse de ce trou noir. Les résultats sont surprenants : 50 millions de masses solaires, soit une masse colossale pour un objet aussi ancien. « C’est la première fois que nous mesurons directement la masse d’un trou noir aussi lointain », souligne un chercheur impliqué dans l’étude.

Autre surprise : l’environnement de ce trou noir est d’une pureté exceptionnelle. Les analyses spectroscopiques révèlent que les éléments lourds — comme le carbone, l’oxygène ou le fer — y sont présents à moins de 0,5 % des concentrations observées dans le Soleil. Une rareté qui suggère que ce trou noir s’est formé dans un Univers encore très jeune, avant que les premières étoiles massives n’aient eu le temps de disperser ces éléments dans l’espace.

Un trou noir « sans galaxie hôte », ou presque

Le scénario classique de formation des trous noirs supermassifs implique l’effondrement d’étoiles massives, suivies de fusions successives pour atteindre des masses colossales. Or, Abell 2744-QSO1 ne semble pas suivre cette voie. « Il semble que nous ayons découvert un trou noir sans galaxie hôte », explique Ignas Juodžbalis, de l’université de Florence (Italie). « Cela apporte la preuve de l’existence de trous noirs primordiaux, issus d’un effondrement direct, des théories qui n’avaient pas encore été confirmées. »

Pour Roberto Maiolino, co-auteur des études publiées dans Nature et les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, cette découverte représente un « changement de paradigme ». « C’est une remise en question totale des scénarios classiques de formation et de croissance des trous noirs », déclare-t-il dans un communiqué de l’Agence spatiale européenne (ESA). Selon lui, ce trou noir aurait pu se former en moins d’une seconde après le Big Bang, ou encore par l’effondrement direct d’un nuage de gaz géant.

Un objet qui pourrait être à l’origine d’une galaxie

Les astronomes ne savent pas encore si ce trou noir est un cas isolé ou s’il existe d’autres objets similaires. Cependant, ils estiment qu’il pourrait s’agir d’un « germe » autour duquel une galaxie se serait formée ultérieurement. « Ce trou noir pourrait être aux prémices de la formation d’une galaxie autour de lui », précise Maiolino. Si cette hypothèse se confirme, cela signifierait que certains trous noirs ne sont pas les produits des galaxies, mais bien leurs précurseurs.

Cette découverte ouvre de nouvelles pistes pour comprendre l’évolution de l’Univers primordial. Elle suggère que les trous noirs supermassifs ont pu jouer un rôle clé dans la structuration des premières galaxies, bien plus tôt que ce que les modèles actuels ne le prévoient. « Nous devons désormais réévaluer nos théories sur la formation des structures cosmiques », ajoute un chercheur de l’équipe.

Et maintenant ?

Les astronomes prévoient d’utiliser le télescope James-Webb pour observer d’autres « petits points rouges » similaires à Abell 2744-QSO1. L’objectif est de déterminer si ce type d’objet est rare ou s’il existe en grand nombre dans l’Univers primordial. Des observations complémentaires, notamment avec le spectrographe NIRSpec, devraient permettre d’affiner les mesures de masse et de composition de ces trous noirs. Ces données pourraient aussi aider à confirmer ou infirmer l’hypothèse des trous noirs primordiaux. Enfin, des simulations numériques plus poussées seront nécessaires pour modéliser la formation et l’évolution de ces objets mystérieux.

Cette découverte rappelle que l’Univers, même après des milliards d’années d’évolution, garde encore des secrets capables de révolutionner notre compréhension du cosmos.

Les modèles actuels suggèrent que les trous noirs supermassifs se forment après les galaxies, généralement à partir de l’effondrement d’étoiles massives ou de fusions de trous noirs plus petits. Abell 2744-QSO1, avec sa masse colossale et son âge, semble s’être formé avant même que sa galaxie hôte ne se structure, ce qui contredit les scénarios établis.

Une lentille gravitationnelle est un phénomène où la lumière d’un objet lointain est déviée et amplifiée par la gravité d’un objet massif situé entre l’objet et l’observateur. Dans le cas d’Abell 2744-QSO1, l’amas de galaxies Pandore a joué ce rôle, permettant aux astronomes d’étudier l’objet avec une précision bien supérieure à ce que le télescope James-Webb aurait permis sans cet effet.