Faire une sieste après une suralimentation est un dilemme auquel beaucoup d’entre nous auront la chance de faire face le jour de Noël. De nouvelles recherches ont montré qu’il y a des milliards d’années, certains premiers trous noirs J’ai également dû faire une sieste après avoir abusé.
En utilisant le Télescope spatial James Webb (JWST)les astronomes ont repéré un trou noir supermassif qui existait seulement 800 millions d’années après Big Bang. Ce monstre cosmique s’est évanoui après un repas particulièrement copieux de gaz et de poussière galactiques.
Le trou noir est extraordinaire par sa taille monstrueuse. Avec une masse environ 400 millions de fois celle du soleil, c’est le trou noir le plus massif observé par le JWST au début de l’univers. La découverte, publiée le 18 décembre dans la revue Nature, complique encore le mystère de la façon dont les trous noirs supermassifs sont devenus si massifs si rapidement dans l’univers primitif.
La masse de ce trou noir supermassif se démarque également car lorsque ces titans cosmiques se trouvent habituellement dans l’univers local (et récent), ils possèdent environ 0,1 % de la masse de leur galaxie hôte. Ce trou noir supermassif a une masse équivalente à environ 40 % de la masse de sa galaxie hôte.
Les scientifiques s’attendraient à ce qu’un trou noir aussi gigantesque se nourrisse avec voracité et se développe ainsi. Pourtant, ce trou noir engloutit du gaz à un rythme très lent, environ un centième de la limite d’accrétion maximale possible pour un trou noir de cette taille.
Parce que les trous noirs ont des limites extérieures appelées « horizons des événements » qui piègent la lumière (et tout ce qui les passe), s’ils ne nourrissent pas et n’éclairent pas avidement cette matière, ils ont tendance à être invisibles.
Lorsqu’ils sont entourés de matière dans un nuage aplati appelé disque d’accrétion qui les nourrit progressivement, l’influence gravitationnelle des trous noirs supermassifs provoque d’immenses frictions, qui font briller ce garde-manger cosmique. Cette émission permet de détecter des trous noirs supermassifs.
Ce trou noir supermassif endormi était cependant différent. C’est parce que sa masse énorme lui confère une énorme influence gravitationnelle qui la rend visible.
« Même si ce trou noir est en sommeil, sa taille énorme nous a permis de le détecter », a déclaré le chef de l’équipe Ignas Juodžbalis du Kavli Institute for Cosmology de Cambridge dans un communiqué. « Son état de sommeil nous a permis d’en apprendre davantage sur la masse de l’hôte. galaxie aussi.
« L’univers primitif a réussi à produire des monstres absolus, même dans des galaxies relativement petites. »
Pourquoi les premiers trous noirs des monstres constituent-ils un si gros problème ?
Depuis que le JWST a commencé à observer le cosmos en 2022, ce puissant instrument a découvert des trous noirs supermassifs aux premiers stades de l’univers.
Les trous noirs supermassifs sont des titans cosmiques dont la masse est équivalente à des millions, voire des milliards de soleils. Contrairement aux trous noirs de masse stellaire, qui se forment lorsque des étoiles massives s’effondrent, les trous noirs supermassifs se développeraient via une chaîne de fusions de trous noirs ultérieurement plus massifs et à partir d’un régime constant de gaz et de poussières provenant de leurs galaxies hôtes.
On pense que ce processus prendra plus d’un milliard d’années pour créer un trou noir supermassif avec une masse même à l’échelle inférieure de ces masses monstrueuses. Cela signifie que repérer un trou noir supermassif dans l’histoire récente de notre cosmos vieux de 13,8 milliards d’années ne pose pas de problème.
Cependant, la découverte par le JWST de ces titans cosmiques alors que l’univers avait moins d’un milliard d’années, parfois dès 600 millions d’années après le Big Bang, pose problème. La taille énorme de ce premier trou noir et le fait qu’il ne se développe même pas rapidement en se nourrissant rendent ce problème encore plus confus.
« Il est possible que les trous noirs naissent gros, ce qui pourrait expliquer pourquoi le JWST a repéré d’énormes trous noirs dans l’univers primitif », a déclaré Roberto Maiolino, membre de l’équipe et chercheur de Kavli. « Mais une autre possibilité est qu’ils traversent des périodes d’hyperactivité, suivies de longues périodes de dormance. »
Les trous noirs le poussent au-delà de la limite pour suralimenter
Maiolino et ses collègues ont revisité le problème des trous noirs supermassifs dans l’univers primitif en exécutant des simulations de leurs mécanismes de croissance. L’équipe a découvert que l’explication la plus probable était que les trous noirs pourraient brièvement dépasser la limite imposée à l’accrétion.
Ce bonnet d’alimentation est connu sous le nom de « Limite d’Eddington » Cela suggère que tout corps céleste qui s’accumule de manière vorace atteindra le point auquel le rayonnement qu’il pompe repoussera la matière, coupant ainsi son approvisionnement en nourriture.
Cette équipe pense que les premiers trous noirs pourraient connaître des vagues de suralimentation ou « accrétion de super-Eddington » Pendant ces périodes, les trous noirs gourmands se développeraient à un rythme hyper-accéléré. Cela durerait entre 5 et 10 millions d’années, après quoi le trou noir « ferait une sieste » pendant 100 millions d’années.
« Cela semble contre-intuitif d’expliquer un trou noir dormant par des périodes d’hyperactivité, mais ces courtes poussées lui permettent de se développer rapidement tout en passant la plupart de son temps à faire une sieste », a déclaré Maiolino.
La période de dormance de ces trous noirs dure 10 à 20 fois plus longue que la phase d’accrétion de super-Eddington, ce qui signifie que les astronomes sont plus susceptibles d’attraper ces titans cosmiques pendant leur sieste qu’au dîner.
La découverte de ce trou noir titanesque est une avancée majeure pour cette théorie.
Ce monstrueux premier trou noir n’est peut-être que la pointe de l’iceberg, l’équipe soupçonnant que l’univers primitif pourrait être rempli de ces géants endormis. Malheureusement, la nature dormante de ces monstres les rendra difficiles à découvrir pour les astronomes.
« Il est probable que la grande majorité des trous noirs soient dans cet état dormant. Je suis surpris que nous ayons trouvé celui-ci, mais je suis ravi de penser qu’il y en a tellement d’autres que nous pourrions trouver », a conclu Maiolino.
Initialement publié sur Espace.com.
