Alors que les astronomes repoussent nos vues de l’Univers plus loin dans le temps, leurs télescopes ne cessent de découvrir des surprises. C’est le cas d’un trou noir supermassif dans CEERS 1019, une lointaine galaxie très ancienne.
Combien de temps ? Il existait déjà et s’assemblait quelque 570 millions d’années après le Big Bang. Le télescope spatial James Webb (JWST) l’a aperçu et a étudié son trou noir. Il a également pris des données sur deux autres trous noirs tels qu’ils étaient lorsque l’Univers avait environ un milliard d’années.
Ces découvertes de galaxies et de trous noirs font partie d’un programme d’observation spécial avec JWST. C’est ce qu’on appelle l’enquête Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). L’idée est d’obtenir des images détaillées et des spectres d’objets éloignés précoces dans l’infrarouge et l’infrarouge moyen. Les objets du tout premier univers brillent dans la lumière ultraviolette et visible. Cependant, au moment où leur lumière nous atteint, elle est « étirée » dans le régime infrarouge. Étant donné que l’infrarouge peut également pénétrer à travers les régions poussiéreuses, il offre l’avantage supplémentaire de voir des objets qui seraient autrement cachés.
La découverte de trous noirs dans l’univers primitif dans les premières galaxies ouvre notre compréhension de cette époque de l’histoire cosmique. C’est peu de temps après le Big Bang. Par exemple, cette galaxie CEERS nouvellement découverte et son trou noir supermassif actif ont surpris les astronomes. CEERS 1019 existait à une époque où les premières galaxies se formaient. Donc, ils devraient être petits et relativement sans relief, n’est-ce pas ? Et, s’ils ont des trous noirs à cette époque précoce, ceux-ci devraient être de masse relativement faible (pour les trous noirs, c’est-à-dire). Droite?
Un bébé galaxie et son trou noir
Eh bien, c’est compliqué. Il s’avère que ces trous noirs SONT de masse inférieure. Mais, au moins l’un d’entre eux est encore plus grand qu’il ne devrait l’être. Comment le savons nous? JWST peut étudier à la fois les premières galaxies et leurs trous noirs, selon Steve Finkelstein, PI de l’enquête CEERS. “Jusqu’à présent, la recherche sur les objets de l’Univers primitif était largement théorique”, a-t-il déclaré. «Avec Webb, non seulement nous pouvons voir des trous noirs et des galaxies à des distances extrêmes, mais nous pouvons maintenant commencer à les mesurer avec précision. C’est la formidable puissance de ce télescope.
Alors, comment CEERS 1019 et son trou noir sont-ils à la hauteur ? La galaxie elle-même apparaît comme trois amas brillants sans disque. Donc, il est vraiment encore en train de s’assembler et de créer de nouvelles étoiles au fur et à mesure qu’il construit sa structure. “Nous n’avons pas l’habitude de voir autant de structure dans les images à ces distances”, a déclaré Jeyhan Kartaltepe, membre de l’équipe CEERS, professeur agrégé d’astronomie au Rochester Institute of Technology de New York. “Une fusion de galaxies pourrait être en partie responsable de l’alimentation de l’activité dans le trou noir de cette galaxie, et cela pourrait également conduire à une augmentation de la formation d’étoiles.”
Et ce trou noir supermassif infantile ? Il est très occupé à ingérer du gaz et s’avère avoir 9 millions de masses solaires. C’est moins que certains trous noirs de son époque, mais toujours plus grand que prévu. Il existe si tôt dans l’histoire qu’il semble s’être formé très peu de temps après le début de l’Univers, ce qui est intrigant.
Fait intéressant, le trou noir ressemble plus à Sagittarius A*, celui au centre de la Voie lactée. Et c’est excitant même si c’est encore déroutant. “Regarder cet objet lointain avec ce télescope, c’est un peu comme regarder les données des trous noirs qui existent dans les galaxies proches de la nôtre”, a déclaré Rebecca Larson, récemment titulaire d’un doctorat. diplômé de l’UT Austin, qui a dirigé l’étude de ces objets. “Il y a tellement de raies spectrales à analyser !”
À propos de ces lignes spectrales
Alors que la vue infrarouge nous montre la structure de la galaxie, les raies spectrales révèlent d’autres caractéristiques. Par exemple, les spectres peuvent identifier les vitesses et les températures d’écoulement à haute énergie. Dans le cas de CEERS 1019, le spectroscope capture à la fois le trou noir et sa galaxie hôte. Ses données révèlent l’appétit du trou noir pour le gaz ainsi que le taux de formation d’étoiles. Il sera intéressant de voir si ce scénario se déroule dans d’autres galaxies de l’enquête CEERS. En attendant, cependant, ces premières découvertes préparent les astronomes à affiner leurs idées sur les trous noirs et la formation des galaxies dans l’univers naissant.
En particulier, le CEERS se concentre sur ces objets tels qu’ils existaient à l’époque de la réionisation. C’est un moment de l’histoire cosmique où la lumière a commencé à voyager librement à travers l’univers en expansion. Cette lumière est venue des premières étoiles et a ionisé le gaz entre les étoiles et les galaxies. Il semble également que les galaxies aient commencé à s’assembler pendant cette période (et peut-être plus tôt). Les données de l’enquête couvrent l’accumulation d’étoiles (masse stellaire), les changements morphologiques des galaxies qui en résultent, ainsi que la croissance de ces premiers trous noirs. Ainsi, l’étude de cette période est essentielle pour tracer une chronologie des origines et de l’évolution de l’Univers à travers l’accumulation et la transformation de ces premières galaxies. C’est l’un des principaux objectifs du JWST, qui vient de terminer sa première année complète d’observation de l’univers infrarouge.
Pour plus d’informations
Le télescope Webb détecte le trou noir supermassif actif le plus éloigné
Focus sur l’enquête JWST Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS)
Webb détecte le trou noir supermassif actif le plus éloigné à ce jour
