Les plus grands trous noirs de l'univers formés en un clin d'œil – puis arrêtés


Il y a environ 13 milliards d’années, alors que notre univers n’était encore qu’une entreprise en ruine, le cosmos a fait mouche et créé des trous noirs supermassifs à gauche, à droite et au centre.

Les astronomes peuvent toujours jeter un coup d'œil sur ces vestiges de l'univers primitif lorsqu'ils observent des quasars, des objets incroyablement grands et extrêmement brillants, supposés être alimentés par de vieux trous noirs milliards de fois plus massifs que le soleil de la Terre. Cependant, l'existence même de ces objets anciens pose problème. De nombreux quasars semblent provenir des 800 premiers millions d'années de l'univers, bien avant que les étoiles ne puissent devenir assez grandes ou assez vieilles pour s'effondrer sous leur propre masse, exploser dans une supernova et former un trou noir.

Alors, d'où viennent ces vieux trous dans la structure de l'espace-temps? Selon une théorie populaire, il suffirait peut-être de beaucoup d'essence.

Dans une nouvelle étude publiée le 28 juin dans The Astrophysical Journal Letters, des chercheurs ont analysé un modèle informatique pour montrer que certains trous noirs supermassifs du tout début de l'univers auraient pu se former en accumulant simplement une quantité gigantesque de gaz dans un nuage gravitationnel. Les chercheurs ont découvert qu’en quelques centaines de millions d’années, un tel nuage pourrait s’effondrer sous sa propre masse et créer un petit trou noir (aucune supernova nécessaire).

Ces objets théoriques sont connus sous le nom de trous noirs à réduction directe (DCBH). Selon Shantanu Basu, expert en matière de trous noirs, auteur principal de la nouvelle étude et astrophysicien à la Western University de London (Ontario), l’un des traits caractéristiques des DCBH est qu’ils doivent s’être formés très, très rapidement, dans un très bref laps de temps. premier univers.

"Les trous noirs se sont formés sur une durée d'environ 150 millions d'années seulement et se développent rapidement pendant cette période", a déclaré Basu dans un courrier électronique à Live Science. "Ceux qui se forment au début de la fenêtre des 150 millions d'années peuvent augmenter leur masse d'un facteur de 10 000".

Comment un nuage de gaz devient-il un trou noir? Selon une étude de 2017, une telle transformation nécessite deux galaxies aux personnalités très différentes: l'une d'entre elles est un sur-performant cosmique qui forme beaucoup de baby stars et l'autre un tas de gaz sans étoiles.

Au fur et à mesure que de nouvelles étoiles se forment dans la galaxie animée, elles émettent un flux constant de radiations chaudes qui envahissent la galaxie voisine, empêchant ainsi le gaz de s'y combiner en étoiles. En quelques centaines de millions d'années, ce nuage de gaz sans étoiles pourrait accumuler tellement de matière qu'il s'effondrait simplement sous son propre poids, formant un trou noir sans jamais produire d'étoile, a découvert Basu.

Bientôt, ce "trou noir" pourrait atteindre le statut de supermassif en engloutissant rapidement la matière des nébuleuses voisines – donnant éventuellement naissance aux gigantesques quasars que nous pouvons voir aujourd'hui.

En 2009, l'étoile massive N6946-BH1 brillait 1 million de fois plus que le soleil. En 2015, il a disparu sans laisser de trace. Les astronomes pensent qu'il s'agit d'une preuve rare qu'une étoile s'est effondrée dans un trou noir sans devenir supernova.

(Crédit image: NASA / ESA / C. Kochanek (OSU))

Selon Basu, cet acte de chorégraphie cosmique n'aurait été possible que pendant une courte période, dans les 800 millions d'années de la vie de l'univers, avant que l'espace ne devienne trop encombré d'étoiles et autres trous noirs pour que le processus se produise. Un milliard d’années après le Big Bang, il y avait peut-être déjà tellement de radiations de fond dans l’univers qu’un trou noir supermassif aurait du mal à trouver suffisamment de gaz pour aspirer et poursuivre sa croissance exponentielle.

"Nous n'assumons aucune nouvelle production de [supermassive] Les trous noirs après cette période de 150 millions d'années ", a déclaré Basu. Cela explique pourquoi il y a une forte baisse du nombre de trous noirs au-dessus d'une certaine masse et d'une certaine luminosité dans l'univers."

Bien que les DCBH restent théoriques pour le moment, certains astronomes pensent que le télescope spatial Hubble pourrait bien avoir capturé un tel objet, en 2017. Selon les auteurs d'une étude de cette année sur le sujet, une étoile géante a tout simplement disparu devant les yeux de la caméra de Hubble. , disparaissant sans le flash révélateur d’une supernova. La meilleure explication, ont écrit les chercheurs, est que la grande étoile s’est tout simplement effondrée dans un trou noir sans pompe ni feu d’artifice.

Au cours de l'enquête pluriannuelle qui a abouti à cette étude de 2017, six autres étoiles proches ont explosé dans le feu et la fureur, suggérant qu'environ 1 grande étoile sur 7 (14%) se termine en disparaissant simplement dans le vide.

Publié à l'origine sur Science en direct.