Webb a mesuré un trou noir vieux de 13 milliards d’années — il existait avant sa propre galaxie

Le trou noir de la galaxie Abell2744-QSO1 possède une masse de 50 millions de soleils. Sa galaxie hôte contient le reste. Ce rapport est incompatible avec tous les modèles connus : dans chaque galaxie que les astronomes peuvent étudier aujourd’hui, le trou noir central représente une infime fraction de la masse stellaire totale. Ici, le trou noir constitue les deux tiers de l’ensemble.

Ce déséquilibre s’explique de façon précise, et cette explication renverse la conception que les astronomes avaient de la coévolution entre les galaxies et leurs trous noirs. L’équipe a mesuré la métallicité de la galaxie — la concentration d’éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium, produits par les étoiles au cours de leur vie — et l’a trouvée inférieure à un demi pour cent de celle du Soleil. Cette valeur quasi nulle signifie que très peu d’étoiles avaient vécu et terminé leur existence dans cette galaxie au moment où Webb l’a observée. Le trou noir était déjà immense dans ce qui était, pour l’essentiel, une galaxie vierge à peine née.

Ce résultat est rendu possible par une technique que Webb permet d’employer pour la première fois. En cartographiant le mouvement et la composition du gaz en orbite au voisinage du trou noir — un plasma chauffé aspiré vers l’intérieur à des vitesses mesurables — l’équipe dirigée par Roberto Maiolino à l’université de Cambridge a pu calculer la masse directement, sans recourir à des proxies théoriques. C’est la première mesure directe de la masse d’un trou noir au cours du premier milliard d’années de l’existence de l’univers.

Lecture recommandéeUne limite à 45 masses solaires sépare deux familles de trous noirs

Le modèle cosmologique standard stipule que les galaxies et leurs trous noirs centraux grandissent ensemble sur des milliards d’années, chacun alimentant l’autre par des fusions, des afflux de gaz et des cycles de rétroaction stellaire. Abell2744-QSO1 contredit ce schéma. La galaxie est trop primitive et trop petite par rapport à son trou noir pour que les deux aient évolué en parallèle. Quelque chose a semé ce trou noir de bonne heure — peut-être l’effondrement direct d’un immense nuage de gaz primordial, ou un trou noir né de la première génération d’étoiles géantes — et la galaxie a grandi autour de lui par la suite.

Le résultat n’est pas définitif. Un seul objet à distance extrême, mesuré dans des conditions d’observation exceptionnelles, ne suffit pas à réécrire d’emblée la théorie de la formation des galaxies. L’équipe de Cambridge souligne que la mesure repose sur des hypothèses concernant la géométrie du disque de gaz qui entoure le trou noir, et que les observations de Webb ne peuvent pas pleinement résoudre les échelles les plus petites au voisinage de l’horizon des événements. Des confirmations indépendantes, à partir d’objets à des distances comparables, sont nécessaires.

Ces objets vont venir. Les programmes de Webb ciblant des surdensités galactiques connues comme l’amas Abell2744 fourniront l’échantillon nécessaire. L’équipe de Maiolino analyse déjà d’autres candidats dans le même champ. Le premier recensement direct des masses de trous noirs au cours du premier milliard d’années suivant le Big Bang est désormais engagé.

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