Découverte du plus lointain trou noir supermassif et son quasar

Des scientifiques ont détecté la lumière incroyablement brillante d’un trou noir supermassif de 800 millions de fois la masse du Soleil. Une lumière envoyée il y a seulement 690 millions d’années après le Big Bang annonçant la découverte du quasar le plus éloigné détecté à ce jour.

L’équipe de chercheur, en grande partie des Observatoires de la Carnegie Institution (Washington) a annoncé cette semaine avoir analysé ce quasar, désigné J1342 + 0928. L’objet provient d’une époque où l’Univers semblait très différent de ce qu’il est aujourd’hui. Sa découverte pourrait littéralement éclairer l’histoire de l’origine du cosmos et compléter nos connaissances sur la formation et la croissance des premiers trous noirs, sur la production de poussière dans la galaxie les hébergeant et sur l’Univers lui-même alors qu’il ne représentait que 5 % de son âge actuel.

Image d’entête: représentation artistique d’un radiotélescope observant le plus lointain quasar et trou noir supermassif découvert à ce jour. (Robin Dienel/ Carnegie Institution for Science)

Selon nos estimations, juste après le Big Bang, l’Univers est devenu complètement opaque lorsque sa lumière s’est dispersée. Environ 400 000 ans plus tard, les particules de ce plasma primordial de protons et d’électrons dépareillés se sont liées ensemble et la lumière a pu voyager sans entrave, atteignant finalement nos télescopes. Les scientifiques observent cette ancienne lumière sous forme de micro-ondes qui touchent la Terre dans toutes les directions, c’est ce qu’on appelle le fond diffus cosmologique (de micro-ondes). Ensuite l’Univers, contenant beaucoup d’hydrogène neutre qui n’émettait pas de lumière, s’est assombri, une période bien nommée Âge sombres.

La carte ci-dessous présente la plus ancienne lumière dans notre univers, comme elle a été détectée avec la plus grande précision par la mission Planck. La lumière antique, appelée le fond diffus cosmologique, a été imprimée sur le ciel quand l’univers avait 370 000 ans. Elle montre les minuscules fluctuations de température qui correspondent aux régions aux densités légèrement différentes, représentant les graines de toute la future structure : les étoiles et les galaxies d’aujourd’hui.

Quelques centaines de millions d’années plus tard, les choses ont recommencé à s’éclairer quand les atomes se sont condensés et qu’ils ont libéré de l’énergie, comme pour ce quasar. Pour Eduardo Bañados, des Observatoires de la Carnegie Institution pour la Science, la façon dont ce processus s’est déroulé et quand il s’est exactement produit a de profondes implications sur la façon dont l’Univers a évolué ensuite.

L’équipe a remarqué ce quasar lors de trois relevés astronomiques du ciel, puis elle l’a suivi en réalisant des analyses plus spécifiques à partir d’outils tels que des spectrographes et des radiotélescopes. Ainsi, ils ont pu déterminer certaines caractéristiques comme la masse et l’âge de l’objet et le taux potentiel auquel une telle galaxie, avec un tel objet en son centre, pourrait produire des étoiles.

Représentation artistique du quasar et du trou noir supermassif. (Robin Dienel/ Carnegie Institution for Science)

Ils ont également remarqué qu’il manquait des raies spectrales, des couleurs absentes dans le spectre de lumière engendré par le quasar, certainement en raison des interactions avec l’hydrogène neutre de cette période de «réionisation» décrite par Bañados.

Cette conclusion d’une réonisation est basée sur de précédentes hypothèses basées sur des modélisations. Cependant, pour les chercheurs c’est «globalement, une grande découverte». Ils estiment avoir déterminé, sans ambiguïté, l’identité et l’âge de l’objet, de 80 millions d’années plus anciens que le précédent quasar le plus éloigné détecté.

L’équipe espère maintenant en apprendre davantage en utilisant de nouveaux télescopes comme l’Atacama Large Millimeter Array au Chili et le prochain télescope spatial James Webb.

L’étude publiée dans Nature : An 800-million-solar-mass black hole in a significantly neutral Universe at a redshift of 7.5 et présentée sur le site de la Carnegie Institution : Found: The most-distant supermassive black hole ever observed.