Alors que les astronomes repoussent nos vues de l’univers dans le temps, leurs télescopes continuent de révéler des surprises. C’est le cas d’un trou noir supermassif dans CEERS 1019, une galaxie lointaine très ancienne.
Combien de temps ? Il a existé et s’est assemblé environ 570 millions d’années après le Big Bang. Le télescope spatial James Webb (JWST) l’a aperçu et a étudié son trou noir. Il a également pris des données sur deux autres trous noirs tels qu’ils étaient lorsque l’univers avait environ un milliard d’années.
Les découvertes de galaxies et de trous noirs font partie d’un programme d’observation spécial avec JWST. C’est ce qu’on appelle le Cosmic Evolutionary Science Early Launch Survey (CEERS). L’idée est d’obtenir des images détaillées et des spectres d’objets précoces et distants dans l’infrarouge et l’infrarouge moyen. Les objets de l’univers primitif émettent une fluorescence dans l’ultraviolet et la lumière visible. Cependant, au moment où leur lumière nous parvient, elle s’est « étendue » dans le système infrarouge. Étant donné que l’infrarouge peut également pénétrer dans les zones poussiéreuses, il offre l’avantage supplémentaire de voir des choses qui seraient autrement cachées.
La découverte de trous noirs dans l’univers primitif dans les premières galaxies ouvre notre compréhension de cette époque de l’histoire cosmique. C’était peu de temps après le Big Bang. Par exemple, la galaxie CEERS récemment découverte et son trou noir supermassif actif ont surpris les astronomes. CEERS 1019 existait à une époque où les premières galaxies se formaient. Donc, il doit être relativement petit et sans relief, n’est-ce pas ? Et s’ils avaient des trous noirs à cette époque, ils devaient avoir une masse relativement faible (pour les trous noirs). Droite?
Une petite galaxie et son trou noir
Eh bien, c’est compliqué. Il s’avère que ces trous noirs sont moins massifs. Mais, au moins l’un d’entre eux est encore trop grand. Comment le savons nous? JWST peut étudier à la fois les premières galaxies et leurs trous noirs, selon Steve Finkelstein, chercheur principal de l’enquête CEERS. « Jusqu’à présent, la recherche de choses dans l’univers primitif a été largement théorique », a-t-il déclaré. « En utilisant Webb, nous pouvons non seulement voir des trous noirs et des galaxies à de grandes distances, mais nous pouvons maintenant commencer à les mesurer avec précision. C’est l’énorme puissance de ce télescope. »
Alors, comment CEERS 1019 et son trou noir sont-ils à la hauteur ? La galaxie elle-même apparaît comme trois amas brillants sans disque. Donc, il continue vraiment à se rassembler et à cracher de nouvelles étoiles à mesure qu’il construit sa structure. « Nous n’avons pas l’habitude de voir beaucoup de structures sur des images à ces distances », a déclaré Cihan Kartaltepe, membre de l’équipe CEERS, professeur agrégé d’astronomie au Rochester Institute of Technology de New York. « Les fusions de galaxies peuvent être en partie responsables de l’activité alimentant le trou noir de cette galaxie, et cela peut également conduire à une augmentation de la formation d’étoiles. »
Et ce trou noir infantile supermassif ? Il est complètement occupé à avaler du gaz et s’avère contenir 9 millions de masses solaires. C’est moins que certains trous noirs de son âge mais toujours plus grand que prévu. Il existe si tôt dans l’histoire qu’il semble s’être formé très peu de temps après le début de l’univers, ce qui est intéressant.
Fait intéressant, le trou noir s’avère être similaire au Sagittaire A*, situé au centre de la Voie lactée. Et c’est excitant même tout en restant déconcertant. « Regarder cet objet lointain avec ce télescope, c’est un peu comme regarder les données des trous noirs trouvés dans des galaxies proches de la nôtre », a déclaré Rebecca Larson, récemment titulaire d’un doctorat. Diplômé de l’UT Austin, qui a dirigé l’étude de ce genre de choses. « Il y a trop de raies spectrales à analyser ! »
autour de ces lignes spectrales
Alors que la vue infrarouge nous montre la structure de la galaxie, les raies spectrales révèlent d’autres propriétés. Par exemple, les spectres peuvent déterminer des vitesses et des températures élevées de flux d’énergie. Dans le cas de CEERS 1019, le spectromètre capture à la fois le trou noir et sa galaxie hôte. Ses données révèlent l’appétit d’un trou noir pour le gaz ainsi que son taux de formation d’étoiles. Il sera intéressant de voir si ce scénario se déroule dans d’autres galaxies de l’enquête CEERS. Cependant, en attendant, ces premières découvertes incitent les astronomes à affiner leurs idées sur les trous noirs et la formation des galaxies dans l’univers naissant.
En particulier, le CEERS se concentre sur ces objets tels qu’ils existaient à l’ère de la réionisation. C’est un moment de l’histoire cosmique où la lumière a commencé à voyager librement à travers l’univers en expansion. Cette lumière provenait des premières étoiles et du gaz ionisé entre les étoiles et les galaxies. Il semble également que les galaxies aient commencé à se rassembler à cette époque (et peut-être même avant). Les données de l’enquête couvrent l’accrétion d’étoiles (masse d’étoiles), les changements morphologiques des galaxies qui en résultent, ainsi que la croissance de ces premiers trous noirs. Ainsi, l’étude de cette période est essentielle pour tracer une chronologie des origines et de l’évolution de l’univers à travers l’accrétion et la transformation de ces premières galaxies. C’est l’un des principaux objectifs du JWST, qui vient de terminer sa première année complète d’observation de l’univers dans l’infrarouge.
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