Vue d'artiste d'un quasar. © Nasa, ESA et J. Olmsted
Sciences

L'existence de ce trou noir monstrueux si tôt après le Big Bang défie les astronomes

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Récemment découvert par les astronomes, Pōniuā'ena est le deuxième quasar le plus distant jamais découvert. Sa mise au jour éclaire les théories des chercheurs quant à la formation des trous noirs.

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Les astronomes des observatoires du Mauna Kea à Hawaï ont découvert un titan aux confins de l'Univers. Situé à plus de 13 milliards d'années de nous -- l'univers n'avait encore que 700 millions d'années --, Pōniuā'ena est le deuxième quasar le plus distant jamais découvert. Mais si celui-ci doit se contenter de la médaille d'argent quant à son âge, le monstre qu'il héberge, lui, bat des records. Le trou noir qui l'alimente dépasse un milliard et demi de masses solaires, ce qui fait de Pōniuā'ena le plus distant objet connu abritant un trou noir aussi massif. Ou plutôt, aussi supermassif.

Vue d'artiste du trou noir d'origine de Pōniuā'ena et de son apparence actuelle. © International Gemini Observatory, NOIRLab, NSF, AURA, P. Marenfeld

Aux origines des trous noirs

D'après les chercheurs, un trou noir ayant vu le jour il y a 13 milliards d'années pour atteindre ces proportions massives aujourd'hui aurait débuté avec une masse initiale équivalant à 10.000 fois celle de notre Soleil, soit bien plus que pour un trou noir né de l'effondrement d'une étoile. Or nous ignorons comment l'Univers aurait pu produire un trou noir si imposant aussi tôt dans son histoire. D'après les théories actuelles, les premières étoiles et galaxies auraient commencé à se former environ 400 millions d'années après le Big Bang, en parallèle des tous premiers trous noirs, durant une époque baptisée « réionisation ».

Or, la découverte de Pōniuā'ena offre des clés sans précédents pour la compréhension de cette période si lointaine. « Pōniuā'ena agit comme un phare cosmique. À mesure que sa lumière voyage vers la Terre sur d'immenses distances, son spectre est altéré par des gaz diffus du milieu intergalactique [les agencements de matière que l'on trouve en dehors des galaxies], ce qui nous a permis de déterminer précisément quand l'époque de réionisation a eu lieu », commente Joseph Hennawi, coauteur de l'étude parue dans la revue Astrophysical Journal Letters.

Pōniuā'ena, le premier quasar au nom hawaïen

Si les Hawaïens avaient déjà donné au superamas de galaxies dont nous faisons partie le nom de Laniakea (« incommensurable horizon céleste »), ou à l'étrange astéroïde 1I/2017 U1 l'appellation plus chantante de 'Oumuamua (« éclaireur », ou « messager »), ils n'avaient encore jamais eu l'opportunité de transmettre une partie de leur héritage en nommant un quasar. C'est désormais chose faite avec le baptême de Pōniuā'ena, qui signifie « source de création invisible entourée de lumière ».

Le quasar a été découvert après un long travail de défrichement des données collectées par le télescope infrarouge du Royaume-Uni (Ukirt), sur le Mauna Kea, et le télescope de relevé panoramique (Pan-Starrs), sur l'île de Maui. En 2019, des observations réalisées à l'aide de l'observatoire Gemini et du Keck permettent de confirmer son existence. « Les données préliminaires de Gemini suggéraient qu'il s'agirait probablement d'une découverte importante. Notre équipe avait des créneaux d'observation prévus seulement quelques semaines plus tard au Keck, parfaitement dans les temps pour observer le nouveau quasar avec le spectrographe Nires de l'observatoire, afin de confirmer son décalage vers le rouge extrêmement marqué et de mesurer la masse de son trou noir », raconte Aaron Barth, de l'université de Californie.

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