Le trou noir le plus éloigné jamais observé se trouve dans une galaxie située à plus de 13,3 milliards d’années-lumière de nous, que nous voyons telle qu’elle était 500 millions d’années après le Big Bang.
Un trou noir supermassif caché dans une galaxie plutôt petite, brillante et éloignée. Un signal provenant d’une époque où l’Univers venait de naître. C’est la découverte extraordinaire annoncée par un groupe international d’astronomes, dirigé par le Cosmic Frontier Center de l’Université du Texas à Austin : le trou noir le plus éloigné jamais confirmé.
Où se trouve-t-il ?
Sa demeure s’appelle CAPERS-LRD-z9, une galaxie située à plus de 13,3 milliards d’années-lumière de nous, que nous voyons telle qu’elle était seulement 500 millions d’années après le Big Bang. Une époque où l’Univers n’avait que 3 % de son âge actuel et était encore plongé dans son « âge sombre ».
La découverte a été publiée dans The Astrophysical Journal et s’inscrit dans le cadre du programme CAPERS (CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey), développé pour identifier et étudier les galaxies les plus lointaines jamais observées. « Le premier objectif de CAPERS est précisément celui-ci : confirmer et étudier les galaxies les plus lointaines », a expliqué Mark Dickinson, coauteur de l’étude et responsable du groupe. «La spectroscopie du JWST est essentielle pour mesurer leur distance et révéler leurs propriétés physiques».
Une nouvelle classe de galaxies
Au départ, CAPERS-LRD-z9 ne semblait être qu’un faible point parmi les images du télescope James Webb. Mais sous cette minuscule lumière se cachait quelque chose de jamais vu auparavant : une galaxie appartenant à une nouvelle classe, rebaptisée « Little Red Dots » (Petits points rouges).
Il s’agit de galaxies ultra-compactes, rouges et incroyablement lumineuses, visibles uniquement dans les 1,5 premiers milliards d’années de l’Univers. « La découverte des Little Red Dots a été une grande surprise : dans les premières données du JWST, elles ne ressemblaient en rien aux galaxies observées par Hubble », a déclaré Steven Finkelstein, directeur du Cosmic Frontier Center. « Nous essayons maintenant de comprendre d’où vient leur luminosité et comment elles se sont formées ». CAPERS-LRD-z9 pourrait détenir la réponse.
Une petite galaxie, un trou noir gigantesque
Ce qui rend CAPERS-LRD-z9 si spécial, c’est précisément la présence d’un trou noir supermassif, capable d’émettre suffisamment de lumière pour expliquer l’intensité de ces mystérieux points rouges. À une époque aussi reculée, il n’y aurait en effet pas eu suffisamment de temps pour former de grandes populations stellaires. Cependant, les trous noirs peuvent briller encore plus que les étoiles : en engloutissant le gaz et la poussière, ils les compriment et les chauffent jusqu’à générer d’énormes quantités de lumière et de rayonnement.
« Cette galaxie », affirme Anthony Taylor, premier auteur de l’étude, « pourrait également expliquer leur couleur rouge caractéristique, causée par un épais nuage de gaz entourant le trou noir, qui déplace la lumière vers des longueurs d’onde plus rouges ».
Taylor ajoute qu’en comparant CAPERS-LRD-z9 avec d’autres sources connues, une signature spectrale identique est apparue :
« Nous avons déjà observé ces nuages dans d’autres galaxies. Lorsque nous avons comparé cet objet à ces sources, nous avons réalisé qu’il était identique ».
Un colosse. Mais ce n’est pas tout : le trou noir découvert est colossal. Selon les estimations, sa masse serait jusqu’à 300 millions de fois celle de notre Soleil, soit environ la moitié de la masse totale de la galaxie qui l’abrite. Une anomalie impressionnante, même selon les normes cosmiques.
« Cela s’ajoute aux preuves que les premiers trous noirs ont grandi beaucoup plus rapidement que nous le pensions possible », observe Finkelstein. « Ou alors, ils étaient initialement beaucoup plus massifs que ne le prévoyaient nos modèles ».
l’Univers primitif. Pour confirmer la présence du trou noir, les astronomes ont utilisé la spectroscopie du télescope JWST, qui décompose la lumière en toutes ses longueurs d’onde. Ils ont notamment recherché la signature caractéristique du gaz en mouvement rapide : lorsqu’il tourne et tombe vers un trou noir, le gaz émet une lumière étirée vers le rouge (lorsqu’il s’éloigne) ou comprimée vers le bleu (lorsqu’il se rapproche). « Il n’y a pas beaucoup d’autres choses dans l’Univers qui peuvent produire une signature comme celle-ci », a expliqué Taylor. « Et cette galaxie en possède une ».
Ce n’est que le début. L’équipe prévoit maintenant de recueillir des observations encore plus détaillées grâce au télescope spatial James Webb, afin d’étudier l’évolution de nombreux trous noirs dans les époques les plus reculées de l’univers. « Il y a peu de temps encore, nous n’étions même pas en mesure d’observer les premiers stades de la vie des trous noirs. Nous sommes maintenant impatients de découvrir tout ce que nous pouvons apprendre de cette galaxie unique et de celles que nous étudierons par la suite », conclut Taylor.
En réalité, il existe des candidats encore plus éloignés que ce trou noir, mais aucun d’entre eux n’a encore montré la signature spectrale indubitable d’un trou noir. Avec CAPERS-LRD-z9, les astronomes viennent de faire un pas décisif. Et peut-être qu’en regardant ce petit point rouge perdu dans l’obscurité cosmique, nous assistons à la naissance des premiers titans de l’Univers.
