Voici une illustration d’artiste d’un trou noir supermassif qui se trouve à l’intérieur du noyau recouvert de poussière d’une galaxie à formation d’étoiles vigoureuse. Une fois la poussière disparue, il deviendra un quasar extrêmement brillant. L’équipe de recherche pense que cet objet, découvert lors d’une étude du ciel profond réalisée par Hubble, pourrait être le “chaînon manquant” de l’évolution entre les quasars et les galaxies en combustion. Le trou noir poussiéreux date de seulement 750 millions d’années après le big bang. Crédit : NASA, ESA, N. Bartmann
Une équipe internationale d’astronomes a découvert un objet unique dans l’Univers lointain et primitif qui constitue un lien crucial entre les galaxies en formation d’étoiles et l’émergence des premiers trous noirs supermassifs. Cet objet a été découvert grâce aux données d’archives du ;” data-gt-translate-attributes=”[{” attribute=””>NASA/ESA Hubble Space Telescope and other space- and ground-based observatories. This object is the first of its kind to be discovered so early in the Universe’s history and had been lurking unnoticed in one of the best-studied areas of the night sky.
Ever since these objects were discovered at distances corresponding to a time only 750 million years after the Big Bang,[1] Les astronomes ont eu du mal à comprendre l’émergence des trous noirs supermassifs dans l’Univers primitif. Les trous noirs à croissance rapide dans les étoiles poussiéreuses et en formation… galaxies sont prédits par les théories et les simulations informatiques, mais jusqu’à présent, ils n’avaient pas été observés. Aujourd’hui, cependant, des astronomes ont annoncé la découverte d’un objet – qu’ils ont nommé GNz7q – qui serait le premier trou noir à croissance rapide de ce type black hole to be found in the early Universe. Archival Hubble data from the Advanced Camera for Surveys helped the team study the compact ultraviolet emission from the black hole’s accretion disc and to determine that GNz7q existed just 750 million years after the Big Bang.
“Notre analyse suggère que GNz7q est le premier exemple de trou noir à croissance rapide dans le noyau poussiéreux d’une galaxie en combustion, à une époque proche du plus ancien trou noir supermassif connu dans l’Univers”, explique Seiji Fujimoto, astronome à l’Institut Niels Bohr de l’Université de Copenhague au Danemark et auteur principal de l’article décrivant cette découverte. “Les propriétés de l’objet à travers le spectre électromagnétique sont en excellent accord avec les prédictions des simulations théoriques.”
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 de 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). Crédits : 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.
Les théories actuelles prédisent que les trous noirs supermassifs commencent leur vie dans les noyaux poussiéreux de galaxies “starburst” à formation d’étoiles vigoureuse, avant d’expulser le gaz et la poussière environnants et d’émerger en tant que galaxies extrêmement lumineuses. quasars. 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.
“GNz7q fournit une connexion directe entre ces deux populations rares et offre une nouvelle voie vers la compréhension de la croissance rapide des trous noirs supermassifs au début de l’Univers”, poursuit Fujimoto. “Notre découverte est un précurseur des trous noirs supermassifs que nous observons plus tard.époques.”
Bien que d’autres interprétations des données de l’équipe ne puissent être complètement exclues, les propriétés observées de GNz7q sont en fort accord avec les prédictions théoriques. La galaxie hôte de GNz7q forme des étoiles au rythme de 1600 masses solaires d’étoiles par an.[2] et GNz7q elle-même apparaît brillante aux longueurs d’onde ultraviolettes mais très faible aux longueurs d’onde des rayons X. L’équipe a interprété ce phénomène – ainsi que la luminosité de la galaxie hôte aux longueurs d’onde infrarouges – pour suggérer que GNz7q abrite un trou noir à croissance rapide encore obscurci par le noyau poussiéreux de son disque d’accrétion au centre de la galaxie hôte en formation d’étoiles.
En plus de l’importance de GNz7q pour la compréhension des origines des trous noirs supermassifs, cette découverte est remarquable pour sa localisation dans le champ nord de Hubble GOODS, l’une des zones les plus scrutées du ciel nocturne.[3]
GNz7q est représentée ici au centre de la découpe du champ GOODS-Nord de Hubble. Crédit : NASA, ESA, G. Illingworth (Université de Californie, Santa Cruz), P. Oesch (Université de Californie, Santa Cruz ; Université de Yale), R. Bouwens et I. Labbé (Université de Leiden), et l’équipe scientifique, S. Fujimoto et al. (Centre Cosmic Dawn). [DAWN] et Université de Copenhague)
“GNz7q est une découverte unique qui a été trouvée juste au centre d’un champ de ciel célèbre et bien étudié – ce qui montre que les grandes découvertes peuvent souvent être cachées juste devant vous”, a commenté Gabriel Brammer, un autre astronome de l’Institut Niels Bohr de l’Université de Copenhague et membre de l’équipe à l’origine de ce résultat. “Il est peu probable que la découverte de GNz7q dans la zone d’étude relativement petite de GOODS-N ait été un simple “coup de chance” ; il se pourrait plutôt que la prévalence de telles sources soit en fait beaucoup plus élevée qu’on ne le pensait.”
La découverte de GNz7q se cachant 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, GNz7q aurait été facile à ignorer, car il ne possède pas les caractéristiques distinctives habituellement utilisées pour identifier les quasars dans l’Univers primitif. L’équipe espère maintenant rechercher systématiquement des objets similaires à l’aide de relevés dédiés à haute résolution et profiter de l’expertise de la NASA/ESA/CSA. Télescope spatial James Webb instruments spectroscopiques pour étudier des objets tels que GNz7q avec des détails sans précédent.
“Caractériser pleinement ces objets et sonder leur évolution et la physique sous-jacente de manière beaucoup plus détaillée deviendra possible avec le James Webb Space Telescope,” concluded Fujimoto. “Once in regular operation, Webb will have the power to decisively determine how common these rapidly growing black holes truly are.”
Notes
- While light travels imperceptibly quickly in day-to-day life, the vast distances in astronomy mean that as astronomers look at increasingly distant objects, they are also looking backward in time. For example, light from the Sun takes around 8.3 minutes to reach Earth, meaning that we view the Sun as it was 8.3 minutes ago. The most distant objects are the furthest back in time, meaning that astronomers studying very distant galaxies are able to study the earliest periods of the Universe.
- This does not mean that 1600 Sun-like stars are produced each year in GNz7q’s host galaxy, but rather that a variety of stars are formed each year with a total mass 1600 times that of the Sun.
- GOODS — the Great Observatories Origins Deep Survey — is an astronomical survey that combines multi-wavelength observations from some of the most capable telescopes ever built, including Hubble, ESA’s Herschel and XMM-Newton space telescopes, NASA’s Spitzer Space Telescope and Chandra X-ray Observatory, and powerful ground-based telescopes.
For more on this discovery:
Reference: “A dusty compact object bridging galaxies and quasars at cosmic dawn” by S. Fujimoto, G. B. Brammer, D. Watson, G. E. Magdis, V. Kokorev, T. R. Greve, S. Toft, F. Walter, R. Valiante, M. 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 and P. A. Oesch, 13 April 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-04454-1
The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between ESA and NASA.
These results have been published in Nature.
The international team of astronomers in this study consists of S. Fujimoto (Cosmic Dawn Center [DAWN] et Institut Niels Bohr, Université de Copenhague, Danemark), G. B. Brammer (DAWN et Institut Niels Bohr, Université de Copenhague, Danemark), D. Watson (DAWN et Institut Niels Bohr, Université de Copenhague, Danemark), G. E. Magdis (DAWN, DTU-Space à l’Université technique du Danemark, et Institut Niels Bohr à l’Université de Copenhague, Danemark), V. Kokorev (DAWN et Institut Niels Bohr, Université de Copenhague, Danemark), T. R. Greve (DAWN et DTU-Space, Université technique du Danemark, Danemark), S. Toft (DAWN et Institut Niels Bohr, Université de Copenhague, Danemark), F. Walter ( DAWN, Danemark, Institut Max Planck d’astronomie, Allemagne, et Observatoire national de radioastronomie, États-Unis), R. Valiante (INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, Rome, Italie), M. Ginolfi (European Southern Observatory, Garching, Allemagne), R. Schneider (INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, Rome, Italie et Dipartimento di Fisica, Universita’ di Roma La Sapienza, Rome, Italie), F. Valentino (DAWN et Niels Bohr Institute, Université de Copenhague, Danemark), L. Colina (DAWN, Copenhague, Danemark et Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA), Madrid, Espagne), M. Vestergaard (Institut Niels Bohr, Université de Copenhague, Danemark, et Observatoire Steward, Université d’Arizona, États-Unis), R. Marques-Chaves (Observatoire de Genève, Université de Genève, Suisse), J. P. U. Fynbo (DAWN et Institut Niels Bohr, Université de Copenhague, Danemark, et Observatoire Steward, Université d’Arizona, États-Unis).Copenhague, Danemark), M. Krips (IRAM, Domaine Universitaire, Saint-Martin-d’Hères, France), C. L. Steinhardt (DAWN et Institut Niels Bohr, Université de Copenhague, Danemark), I. Cortzen (IRAM, Domaine Universitaire, Saint-Martin-d’Hères, France), F. Rizzo (DAWN et Institut Niels Bohr, Université de Copenhague, Danemark), et P. A. Oesch (DAWN, Copenhague, Danemark et Observatoire de Genève, Université de Genève, Suisse).
