Dernières nouvelles de l’aube de l’univers : L’ancêtre d’un trou noir supermassif

Une équipe internationale d’astronomes utilisant les données d’archives du télescope spatial Hubble de la NASA/ESA et d’autres observatoires spatiaux et terrestres a découvert un objet unique dans l’Univers lointain et primitif qui constitue un lien crucial entre les jeunes galaxies à formation d’étoiles et les premiers trous noirs supermassifs. Cet objet est le premier de son genre à être découvert si tôt dans l’histoire de l’Univers, et il était tapi dans l’une des régions les mieux étudiées du ciel nocturne. Les théories actuelles prévoient que les trous noirs supermassifs commencent leur vie dans les noyaux poussiéreux de galaxies à formation d’étoiles vigoureuse, avant d’expulser le gaz et la poussière environnants et d’émerger sous forme de quasars extrêmement lumineux. Bien qu’ils soient extrêmement rares, des exemples de galaxies poussiéreuses à flambée et de quasars lumineux ont été détectés dans l’Univers primitif. L’équipe pense que GNz7q pourrait être le “chaînon manquant” entre ces deux classes d’objets. Crédit : NASA, ESA, N. Bartmann

Une équipe internationale dirigée par des astrophysiciens de l’Institut Niels Bohr, de l’Université de Copenhague et de l’Université technique du Danemark, a identifié un objet lointain dont les propriétés se situent entre celles d’une galaxie et celles d’un quasar. L’objet peut être considéré comme l’ancêtre d’une galaxie supermassive. trou noiret il est né relativement tôt après le trou noir. Big Bang . Des simulations avaient indiqué que de tels objets pouvaient exister, mais il s’agit de la première découverte réelle.

“L’objet découvert relie deux populations rares d’objets célestes, à savoir les flambées d’étoiles poussiéreuses et les quasars lumineux, et fournit ainsi une nouvelle voie pour comprendre la croissance rapide des trous noirs supermassifs dans l’univers primitif”, déclare Seiji Fujimoto, un chercheur postdoctoral basé à l’Institut Niels Bohr de l’Université de Copenhague.

La découverte peut être attribuée à la Télescope spatial Hubbleexploité conjointement par l’ESA et NASA. Grâce à sa position dans l’espace – non perturbée par les changements météorologiques, la pollution, etc. – le télescope peut regarder plus loin dans les profondeurs de l’univers qu’il ne l’aurait fait au sol. Et en astronomie, regarder plus loin équivaut à être capable d’observer des phénomènes qui ont eu lieu à des périodes cosmiques antérieures – puisque la lumière et d’autres types de rayonnement auront voyagé plus longtemps pour nous atteindre.

L’objet récemment découvert – nommé GNz7q par l’équipe – est né 750 millions d’années après le Big Bang, qui est généralement considéré comme le début de l’univers tel que nous le connaissons. Comme le Big Bang s’est produit il y a environ 13,8 milliards d’années, GNz7q trouve son origine à une époque connue sous le nom d'”Aube cosmique”.

Le mystère des trous noirs supermassifs

La découverte est liée à un type spécifique de quasars. Les quasars, également connus sous le nom d’objets quasi-stellaires, sont des objets extrêmement lumineux. Les images de Hubble et d’autres télescopes avancés ont révélé que les quasars se trouvent au centre des galaxies. La galaxie hôte de GNz7q est une galaxie à forte formation d’étoiles, qui se forme à un rythme 1 600 fois plus rapide que notre propre galaxie, la Galaxie de la Lune. Voie lactée. Les étoiles, à leur tour, créent et chauffent la poussière cosmique, la faisant briller dans l’infrarouge à tel point que l’hôte de GNz7q est plus lumineux en émission de poussière que tout autre objet connu à cette période de l’aube cosmique.

Au cours des dernières années, il est apparu que les quasars lumineux sont alimentés par des trous noirs supermassifs, dont la masse varie de plusieurs millions à plusieurs dizaines de milliards de masses solaires, entourés de grandes quantités de gaz. En tombant vers le trou noir, le gaz se réchauffe par friction, ce qui produit l’énorme effet lumineux.

Une équipe internationale d’astronomes utilisant les données d’archives du télescope spatial Hubble de la NASA et d’autres observatoires spatiaux et terrestres a découvert un objet unique dans l’univers lointain qui constitue un lien crucial entre les jeunes galaxies à formation d’étoiles et les premiers trous noirs supermassifs. Cet objet est le premier de son genre à avoir été découvert alors que l’univers n’avait que 750 millions d’années. Il était resté inaperçu dans l’une des zones les plus étudiées du ciel nocturne. L’objet, désigné sous le nom de GNz7q, est le point rouge au centre de l’image du Hubble Great Observatories Origins Deep Survey-North (GOODS-North). Crédit : NASA, ESA, Garth Illingworth (UC Santa Cruz), Pascal Oesch (UC Santa Cruz, Yale), Rychard Bouwens (LEI), I. Labbe (LEI), Cosmic Dawn Center/Niels Bohr Institute/Université de Copenhague, Danemark.

“Comprendre comment les supermassifsLa formation et la croissance des trous noirs dans l’univers primitif est devenue un mystère majeur. Les théoriciens ont prédit que ces trous noirs subissent une phase précoce de croissance rapide : un objet compact dépoussiéré émerge d’une galaxie en étoile fortement obscurcie par la poussière, puis se transforme en un objet compact lumineux non obscurci en expulsant le gaz et la poussière environnants”, explique le professeur associé Gabriel Brammer, de l’Institut Niels Bohr, qui poursuit :

“Bien que des quasars lumineux aient déjà été découverts dès les premières époques de l’univers, la phase de transition de croissance rapide à la fois du trou noir et de son hôte en explosion d’étoiles n’avait pas été trouvée à des époques similaires. De plus, les propriétés observées sont en excellent accord avec les simulations théoriques et suggèrent que GNz7q est le premier exemple de la phase de transition et de croissance rapide des trous noirs au cœur des étoiles poussiéreuses, un ancêtre du futur trou noir supermassif.”

Seiji Fujimoto et Gabriel Brammer font tous deux partie du Cosmic Dawn Center (DAWN), une collaboration entre l’Institut Niels Bohr et DTU Space.

Se cacher à la vue de tous

Curieusement, GNz7q a été trouvé au centre d’un champ de ciel intensément étudié connu sous le nom de champ Hubble GOODS North.

“Cela montre comment les grandes découvertes peuvent souvent être cachées juste devant vous”, commente Gabriel Brammer.

La découverte de GNz7q caché à la vue de tous n’a été possible que grâce aux ensembles de données multi-longueurs d’onde exceptionnellement détaillés disponibles pour GOODS North. Sans cette richesse de données, l’objet aurait été facile à ignorer, car il ne possède pas les caractéristiques distinctives des quasars de l’univers primitif.

“Il est peu probable que la découverte de GNz7q dans le cadre de l’étude relativement restreinte de GOODS-N ne soit qu’un coup de chance, mais plutôt que la prévalence de telles sources soit en fait beaucoup plus élevée qu’on ne le pensait auparavant”, ajoute Brammer.

L’équipe espère maintenant rechercher systématiquement des objets similaires à l’aide de relevés dédiés à haute résolution et tirer parti de l’expérience de la NASA/ESA/CSA. Télescope spatial James Webb.

“Le télescope James Webb permettra de caractériser pleinement ces objets et de sonder leur évolution et la physique sous-jacente de manière beaucoup plus détaillée. Une fois en fonctionnement régulier, le Webb aura le pouvoir de déterminer de manière décisive la fréquence de ces trous noirs à croissance rapide”, conclut Seiji Fujimoto.

Pour en savoir plus sur cette découverte, voir Hubble Uncovers Bizarre, Evolutionary Missing Link From the Dawn of the Universe.

Référence : “A dusty compact object bridging galaxies and quasars at cosmic dawn” par S. Fujimoto, G. B. Brammer, D. Watson, G. E. Magdis, V. Kokorev, T. R. Greve, S. Toft, F. Walter, R. Valiante, M. Schneider, R. Schneider. Ginolfi, R. Schneider, F. Valentino, L. Colina, M. Vestergaard, R. Marques-Chaves, J. P. U. Fynbo, M. Krips, C. L. Steinhardt, I. Cortzen, F. Rizzo et P. A. Oesch, 13 avril 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-04454-1

Le Cosmic Dawn Center (DAWN) est un centre d’excellence international pour l’astronomie, soutenu par la Fondation nationale danoise pour la recherche.

DAWN est une collaboration entre l’Institut Niels Bohr de l’Université de Copenhague et l’Institut spatial national de l’Université technique du Danemark (DTU Space). Le centre a pour mission de découvrir quand et comment les premières galaxies, les étoiles et les trous noirs se sont formés et ont évolué dans l’Univers primitif, grâce à des observations réalisées avec les principaux télescopes de la prochaine décennie, ainsi qu’à des travaux théoriques et des simulations.