Un trou noir pesant 50 millions de fois la masse du Soleil semble s'être formé avant la galaxie qui l'entoure. Des chercheurs utilisant le télescope spatial James Webb ont cartographié le gaz en orbite autour de cet objet dans une minuscule galaxie appelée Abell2744-QSO1, située à plus de 13 milliards d'années-lumière. Les résultats suggèrent que le trou noir était immense dès le départ, se formant peut-être dans la première seconde après le Big Bang, sans effondrement préalable d'étoiles.
Une minuscule galaxie avec un secret géant
La galaxie QSO1 est ce que les astronomes appellent un Petit Point Rouge. Elle ne fait que 1300 années-lumière de diamètre, et sa lumière voyage depuis plus de 13 milliards d'années. Elle se trouve derrière l'amas de Pandore, un amas de galaxies massif qui courbe et magnifie la lumière de QSO1, la faisant apparaître à trois endroits distincts dans le ciel. Cette lentille gravitationnelle a permis à l'équipe d'étudier la galaxie avec un niveau de détail inhabituel. Le trou noir en son centre était auparavant estimé à 40 millions de masses solaires, mais les nouvelles observations ont porté ce chiffre à 50 millions. La galaxie elle-même est bien plus petite et moins massive que ce que les scientifiques attendraient pour abriter un trou noir aussi géant.
Un changement de paradigme dans l'origine des trous noirs
Les scientifiques ont longtemps cru que les trous noirs se forment lorsque de grandes étoiles dans une galaxie existante s'effondrent. Ces trous noirs grandissent ensuite en avalant du gaz et en fusionnant avec d'autres. Mais le trou noir dans QSO1 semble avoir sauté tout ce processus. Il était déjà énorme alors que la galaxie était encore jeune et petite. L'équipe a mesuré le mouvement et la composition du gaz tourbillonnant autour du trou noir à l'aide des instruments d'imagerie et de spectroscopie de Webb. Ils ont trouvé des preuves claires que le trou noir ne provient pas d'un effondrement stellaire. Au lieu de cela, il a dû naître grand, peut-être de l'effondrement direct de nuages de gaz massifs dans l'univers très primitif. Roberto Maiolino de l'Université de Cambridge, co-auteur des études publiées dans Nature et les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, a qualifié cette découverte de changement de paradigme qui oblige à revoir totalement la façon dont les trous noirs se forment et grandissent.
Pourquoi les chercheurs locaux et le public s'en soucient
Pour les astronomes du Royaume-Uni et du monde entier, cette découverte remet en question une hypothèse fondamentale sur l'histoire cosmique. Jusqu'à présent, toutes les mesures de masse des premiers trous noirs étaient indirectes, basées sur des règles qui fonctionnent pour les trous noirs proches. Francesco D'Eugenio, également de l'Université de Cambridge et co-auteur, a noté que personne ne savait si ces règles s'appliquaient à l'univers lointain. Cette découverte montre qu'elles pourraient ne pas s'appliquer. Le trou noir dans QSO1 est antérieur à sa galaxie hôte, ce qui signifie que la galaxie s'est formée autour d'un monstre déjà existant. Cela inverse l'ordre des événements longtemps tenu pour acquis : d'abord la galaxie, ensuite le trou noir.
Cette découverte ne réécrit pas l'histoire de chaque trou noir, mais elle ajoute un nouveau chapitre. Certains trous noirs supermassifs de l'univers primitif n'étaient pas des croissances lentes. Ils étaient des géants dès le début, et leurs galaxies sont venues plus tard.
