Des astronomes du MIT et de l’université Columbia ont détecté le plus ancien quasar scintillant jamais observé, dont la lumière remonte à 850 millions d’années après le Big Bang. Son disque d’accrétion ressemble à celui des trous noirs matures, rien de comparable aux théories actuelles de formation.
Si vous étiez perdus dans l’espace, un petit rappel s’impose. Un quasar est le noyau actif d’une galaxie, alimenté par un trou noir supermassif qui avale du gaz et des poussières. La matière tombe, s’embrase et rayonne une énergie qui éclipse des milliers de galaxies ordinaires. Ce rayonnement traverse des milliards d’années-lumière jusqu’aux détecteurs terrestres.
Depuis les années 2000, les astronomes ont repéré plus de 200 trous noirs supermassifs dans le premier milliard d’années de l’Univers. Leur existence dérange les théoriciens, car personne ne dispose aujourd’hui d’un modèle qui les fasse grandir aussi vite. Récemment, l'équipe du MIT et de Columbia a creusé ce problème dans Nature Astronomy.
Un signal exhumé des archives infrarouges de NEOWISE
Gene Leung, chercheur au MIT Kavli Institute, et ses collègues n’ont pas eu besoin d’un nouveau télescope. Kishalay De, ex-postdoc du MIT aujourd’hui professeur à Columbia, avait lancé un projet de retraitement des archives du satellite infrarouge NEOWISE de la NASA, actif de 2010 à 2024. L’équipe a exhumé son signal dans ces quatorze ans de données.
Mais la tâche était compliquée à cause d’une distorsion temporelle bien connue. La lumière partie de l’Univers primitif subit l’expansion de l’espace sur son trajet de milliards d’années-lumière, ce qui l’étire vers les grandes longueurs d’onde, un phénomène que les physiciens nomment décalage vers le rouge. Depuis la Terre, on observe ce même scintillement étalé sur plusieurs mois, alors qu’il ne dure que quelques semaines dans le référentiel du quasar. Il fallait donc des données infrarouges sur au moins une décennie. NEOWISE a fourni exactement cette fenêtre, sans qu’aucun instrument actuel ne puisse la reproduire à des distances aussi grandes.L’équipe a croisé ces données infrarouges sur cinq filtres distincts avec des mesures X des satellites XMM-Newton et eROSITA. Gene Leung compare le phénomène au scintillement aléatoire d'une flamme de bougie, sans rythme fixe, sur l’ensemble de la période.
J0439+1634 a un disque d’accrétion plat, caractéristique des trous noirs matures
Les astrophysiciens calculent habituellement la masse des trous noirs primitifs à partir de relations d’échelle tirées d’observations de quasars voisins. Or, personne ne garantit leur validité à des distances aussi grandes, dans un Univers plus dense et plus chaud, aux galaxies hôtes radicalement différentes. Grâce à la variabilité de J0439+1634, les chercheurs peuvent mesurer cette masse directement, sans recourir à ces calibrations incertaines.
Par cette méthode, ils estiment la masse du trou noir à 630 millions de masses solaires, une fois soustraite l’amplification gravitationnelle d’une galaxie en avant-plan qui grossit artificiellement son éclat. À 60 % de sa limite d’accrétion maximale, dite limite d’Eddington, ce trou noir grossit vite, dans des conditions radicalement différentes de celles des noyaux actifs proches. Pourtant, son disque d’alimentation ressemble à ceux qu’on observe aujourd’hui.Selon Anna-Christina Eilers, professeure assistante de physique au MIT, toutes les phases de croissance désordonnée et très rapide des trous noirs surviennent bien plus tôt que les théoriciens ne le supposaient, avant l’époque où on les détecte comme quasars lumineux.L’observatoire Vera C. Rubin et le télescope Roman Space de la NASA, dont le lancement est prévu en 2027, scruteront des dizaines de milliers de quasars variables à très grand décalage spectral. Des centaines de cas similaires à J0439+1634 devraient émerger de leurs relevés. Les astrophysiciens pourront alors étudier la physique de l’accrétion à l’échelle d'une population entière.
Source : GNT
