Les astronomes ont découvert trois trous noirs supermassifs dans l'Univers primitif qui sont devenus un milliard de fois plus lourds que le Soleil en seulement cent mille ans, ce qui est impossible du point de vue des théories astronomiques modernes, selon un article publié dans l'Astrophysical Journal.
«Aucun modèle théorique actuel ne peut expliquer l'existence de ces objets. Leur découverte au début de l'Univers jette un doute sur les théories actuelles de la formation des trous noirs, et maintenant nous devons créer de nouveaux modèles pour expliquer comment les galaxies et les trous noirs apparaissent », explique Joseph Hennawi de l'Université de Californie à Santa Barbara (USA).).
On pense que les centres de la plupart des galaxies massives abritent des trous noirs supermassifs, dont la masse peut aller d'un million à des milliards de fois la masse du Soleil. Les raisons de la formation de ces objets ne sont pas encore entièrement claires. Les scientifiques ont d'abord cru que ces objets étaient apparus de la même manière que leurs «cousins» normaux - à la suite de l'effondrement gravitationnel des étoiles et de la fusion subséquente de plusieurs grands trous noirs.
Les observations des premières galaxies de l'Univers ont fait douter de cela les astrophysiciens - il s'est avéré qu'elles sont habitées par des trous noirs d'une masse de dizaines de milliards de soleils. De tels objets, comme le montrent les calculs, n'auraient tout simplement pas le temps d'atteindre une telle taille s'ils étaient nés petits. Par conséquent, certains scientifiques ont commencé à croire que les trous noirs supermassifs sont nés selon des scénarios plus exotiques - à la suite de l'effondrement de nuages géants d'hydrogène atomique "pur" ou en raison d'amas de matière noire.
Hennawi et ses collègues ont trouvé des preuves supplémentaires que les trous noirs dans l'Univers primitif se sont développés trop rapidement, perturbant toutes les idées sur leur évolution. Les chercheurs ont découvert six trous noirs supermassifs à la fois, que nous voyons dans l'état dans lequel ils n'étaient que 850 millions d'années après le Big Bang.
Les premières galaxies de l'Univers venaient juste de commencer à se former à cette époque et, comme les scientifiques le croyaient auparavant, les trous noirs dans leurs centres ne pouvaient pas être des «poids lourds» qui ne sont pas inférieurs en masse aux quasars modernes. Les trois trous noirs trouvés par l'équipe Henawi avec le télescope Keck-II à Hawaï contredisent cette idée - ils sont environ un milliard de fois plus lourds que le Soleil, qui est des milliers de fois la masse du trou noir Sgr A * au centre de la Voie lactée.
Conformément aux idées modernes sur l'évolution des galaxies, un trou noir peut gagner une telle masse en absorbant de la matière à peu près identique à celle de l'univers, ce qui était impossible pour les quasars nés dans le premier milliard d'années de sa vie. Même s'ils «mangeaient» continuellement et constamment absorbé du gaz et de la poussière, leur croissance serait retardée de centaines de millions d'années, ce qui est possible, mais peu probable.
Les auteurs de l'article ont décidé de trouver une réponse à cette question, en utilisant un modèle simple de la vie de ces objets. Lorsque les trous noirs «dînent», ils éjectent des jets dans l'espace environnant, des faisceaux étroits de matière superhot qui voyagent à des vitesses proches de la lumière. Ces jets chauffent l'espace intergalactique et l'ionisent, le rendant plus «transparent» à la lumière. En conséquence, plus l'environnement de la galaxie est transparent, plus le «déjeuner» du trou noir en son centre dure longtemps.
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À la grande surprise des astronomes, les quartiers des trois galaxies - CFHQS J2229 + 1457, SDSS J1335 + 3533 et SDSS J0100 + 2802 - étaient opaques de manière inattendue, indiquant que les trous noirs dans leurs centres absorbaient activement la matière depuis pas plus de 100 mille ans. De tels «appétits» de trous noirs ne rentrent dans aucun cadre théorique et leur découverte, comme le soulignent les scientifiques, plaide en faveur de théories alternatives sur la formation et la croissance des quasars.
«Nous aimerions trouver d'autres objets similaires. Leur découverte a été un grand succès pour nous, et la découverte d'autres trous noirs dans l'Univers primitif indiquera que de nombreux quasars sont peut-être beaucoup plus jeunes que nous ne le pensions auparavant », conclut Christina Eilers, collègue universitaire à Hennawi.
