Grâce à l'observatoire NOEMA situé dans les Alpes françaises, une équipe internationale a détecté du gaz moléculaire froid sous forme de monoxyde de carbone dans la galaxie hôte d'un trou noir supermassif, à une époque précoce de l'histoire cosmique. Jamais auparavant du gaz moléculaire froid n'avait été observé aussi tôt dans l'histoire de l'Univers.
Vue d'artiste du quasar Pōniuāʻena.
Crédit: Observatoire international des Gémeaux/NOIRLab/NSF/AURA/P.Marenfeld
Cette équipe a examiné l'un des trois quasars les plus brillants et les plus éloignés connus pour en savoir plus sur l'influence mutuelle entre la croissance de trous noirs supermassifs et celle de leurs galaxies hôtes, ainsi que sur l'impact de ces trous noirs sur les premières phases de l'évolution des galaxies. Les quasars sont les noyaux extrêmement brillants des galaxies actives. Leur énorme luminosité est due à l'activité intense du trou noir supermassif qui avale de la matière au centre de la galaxie.
En observant le quasar Pōniua'ena - qui, en langue hawaïenne, "évoque la source tournoyante invisible de la création, entourée de brillance" - avec l'observatoire NOEMA (Northern Extended Millimeter Array), l'équipe de recherche dont des scientifiques du CNRS-INSU (voir encadré), a détecté du gaz moléculaire froid sous forme de monoxyde de carbone dans le milieu interstellaire de la galaxie hôte. L'un des facteurs décisifs a été la sensibilité remarquable de NOEMA, associée à sa grande largeur de bande.
Carte de l'émission de gaz moléculaire (monoxyde de carbone) du quasar Poniua'ena, obtenue avec NOEMA. Dans la partie inférieure de l'image, la détection des raies d'émission.
Crédits: IRAM/NOEMA/C. Feruglio (INAF) On pense que le gaz moléculaire froid est l'un des éléments clés de la formation efficace des étoiles. C'est pourquoi les astronomes anticipent l'existence de gaz moléculaire très tôt dans l'histoire de l'univers, avant même que les étoiles ne se forment en grandes quantités. Par conséquent, la découverte de monoxyde de carbone dans Pōniua'ena représente une nouvelle étape vers la compréhension de la formation des toutes premières molécules de l'Univers.
"C'est la première fois que nous mesurons le réservoir de gaz moléculaire froid et de poussière dans l'Univers jeune, quelques centaines de millions d'années seulement après le Big Bang", explique Chiara Feruglio. "Nous constatons que les galaxies abritant des quasars dans l'Univers ancien ont déjà la capacité d'accumuler des quantités substantielles de gaz moléculaire et de poussière: environ vingt milliards de masses solaires, ce qui est comparable à ce que l'on observe à des époques cosmiques plus tardives".
Cette détection record est cruciale car elle ouvre la voie à de futures études visant à découvrir le rôle de l'accumulation de gaz moléculaire froid dans la formation des premiers quasars et les taux d'accrétion de matière des trous noirs "gourmands".
Référence
“HYPERION: First constraints on dense molecular gas at z=7.5149 from the quasar Pōniua'ena”,
Chiara Feruglio, Umberto Maio, Roberta Tripodi, Jan Martin Winters, Luca Zappacosta, Manuela Bischetti, Francesca Civano, Stefano Carniani, Valentina D'Odorico, Fabrizio Fiore, Simona Gallerani, Michele Ginolfi, Roberto Maiolino, Enrico Piconcelli, Rosa Valiante, Maria Vittoria Zanchettin,
Astrophysical Journal Letters.