Des astronomes ont remarqué dans leurs observations une longue et très inhabituelle traînée lumineuse. Cette structure étirée, où des étoiles semblent naître spontanément, pose une question: quel phénomène colossal pourrait engendrer une telle signature dans le cosmos ?
La réponse provient d'une récente observation du télescope spatial James Webb. Les astronomes ont identifié un trou noir supermassif, d'une masse équivalente à dix millions de fois celle du Soleil, qui se déplace à une vitesse vertigineuse de 3,5 millions de kilomètres par heure. Ce monstre cosmique fuit apparemment sa galaxie d'origine, laissant derrière lui un sillage de matière effondrée sur des centaines de milliers d'années-lumière.
La détection initiale a été réalisée grâce au télescope Hubble, qui a aperçu une trace étroite et inhabituelle. Pour confirmer la nature de cet objet, l'équipe a utilisé les capacités avancées du JWST. Les données ont révélé un déplacement massif de gaz à l'avant du trou noir, formant une onde de choc, ainsi qu'une queue allongée où la matière se condense pour donner naissance à de nouvelles étoiles.
Les chercheurs explorent deux mécanismes possibles pour expliquer cette éjection. Lorsque deux galaxies entrent en collision et fusionnent, leurs trous noirs centraux peuvent interagir. Si ces trous noirs fusionnent, l'émission d'ondes gravitationnelles peut propulser le résultant hors de la galaxie (voir ci-dessous). Une autre possibilité implique une interaction à trois corps entre trous noirs, où l'un d'eux est expulsé du système.
Ce trou noir en déplacement pourrait influencer profondément son environnement. L'onde de choc qu'il génère comprime le gaz des régions qu'il traverse, déclenchant une formation stellaire intensive (explication en fin d'article). Bien que situé à environ 9 milliards d'années-lumière dans les galaxies dites de la chouette cosmique, son étude offre des indices sur les dynamiques des fusions galactiques.
Image Hubble d'un trou noir supermassif en fuite confirmé, avec le sillage étudié par le JWST
Crédit: van Dokkum et al (2025)/ arXiv
Les prochaines étapes visent à découvrir d'autres exemples similaires. Avec l'arrivée de nouveaux instruments comme le télescope spatial Roman, les scientifiques espèrent identifier ces objets élusifs plus facilement. Cette avancée transforme une prédiction théorique en réalité observable, enrichissant notre compréhension de l'évolution cosmique.
Par ailleurs, les données collectées montrent que la vitesse du trou noir, déduite du déplacement du gaz, est suffisante pour échapper à l'attraction gravitationnelle de son ancienne galaxie.
Les ondes gravitationnelles
Ces ondulations de l'espace-temps sont prédites par la théorie de la relativité générale d'Einstein. Elles se produisent lorsque des objets massifs, comme des trous noirs ou des étoiles à neutrons, accélèrent ou entrent en collision. Les ondes gravitationnelles voyagent à la vitesse de la lumière, déformant faiblement la structure de l'espace sur leur passage.
Leur détection directe a été réalisée pour la première fois en 2015 par l'interféromètre LIGO. Cet instrument mesure d'infimes variations de distance causées par le passage de ces ondes. Les signaux capturés proviennent souvent de fusions de trous noirs, libérant une énergie énorme sous forme d'ondes gravitationnelles.
Lors des fusions galactiques, lorsque deux trous noirs supermassifs se rencontrent, leur coalescence émet des ondes gravitationnelles intenses. Si cette émission n'est pas symétrique, elle peut donner une impulsion au trou noir résultant. Cette " poussée " peut être suffisante pour l'éjecter de sa galaxie.
L'étude de ces ondes permet de tester les lois fondamentales de la physique dans des conditions extrêmes. Elles offrent aussi un nouveau moyen d'observer l'Univers, complétant les observations électromagnétiques traditionnelles.
La formation des étoiles dans les sillages cosmiques
La naissance des étoiles se produit généralement au sein de nuages denses de gaz et de poussière dans les galaxies. Sous l'effet de la gravité, ces nuages s'effondrent, formant des protoétoiles qui finissent par s'allumer par fusion nucléaire. Ce processus est souvent déclenché par des perturbations externes, comme les ondes de choc.
Lorsqu'un objet massif, tel qu'un trou noir en fuite, traverse l'espace intergalactique, il crée une onde de choc à l'avant. Cette onde comprime le gaz environnant, augmentant sa densité et sa température. Ces conditions favorisent l'effondrement gravitationnel, initiant la formation de nouvelles étoiles dans le sillage de l'objet.
Dans le cas du trou noir supermassif observé, la queue de 200 000 années-lumière contient du gaz accumulé et choqué. Ce milieu devient un site de formation stellaire actif, produisant des étoiles dont la masse totale équivaut à cent millions de fois celle du Soleil. Ce phénomène était peu connu auparavant.