Le télescope spatial James Webb a dévoilé ces dernières années des objets surprenants dans les premiers âges de l'Univers : les " Little Red Dots ". Ces points rouges compacts, observés moins d'un milliard d'années après le Big Bang, pourraient renfermer un processus inhabituel expliquant l'émergence des trous noirs les plus imposants.
Leurs caractéristiques singulières, comme leur spectre lumineux ou leur disparition rapide de l'histoire cosmique, interpellent les scientifiques. Si les galaxies actuelles hébergent généralement un trou noir supermassif en leur centre, leur formation accélérée reste difficile à expliquer. En effet, les mécanismes de fusion classiques, à partir de trous noirs issus d'étoiles, nécessitent théoriquement plus d'un milliard d'années.
Six images du James Webb montrant des 'Petits Points Rouges' dans l'Univers primitif.
Crédit: NASA, ESA, CSA, STScI, D. Kocevski (Colby College) Afin de réconcilier ces observations avec les modèles, une équipe de recherche propose que ces points rouges fonctionnent comme des " pépinières " pour des trous noirs, issus d'un effondrement direct. Plutôt que de provenir de l'explosion d'une étoile, ces " graines " massives naîtraient de l'écroulement d'immenses nuages de gaz primordiaux. Cette voie alternative permettrait d'obtenir rapidement des objets des dizaines de milliers de fois plus massifs que le Soleil.
Par ailleurs, les conditions requises pour ce scénario semblent n'être réunies que dans l'Univers jeune, avant l'enrichissement en éléments lourds produit par les premières étoiles. Les simulations informatiques indiquent que les propriétés des trous noirs formés par effondrement direct coïncident avec celles des Little Red Dots. Elia Cenci, responsable de l'équipe, a précisé dans Space.com que cette découverte pourrait fournir les premiers indices observationnels de la naissance des trous noirs géants.
L'absence de ces objets au-delà d'environ 1,5 milliard d'années s'expliquerait par l'évolution cosmique. Les environnements deviennent alors trop riches en éléments lourds et bénéficient de moins d'afflux de gaz, ce qui ne favorise plus l'effondrement direct. De nouvelles observations à plus haute résolution et avec une couverture spectrale complète seront nécessaires pour confirmer cette hypothèse.
Les scientifiques poursuivent l'exploration de cette piste grâce à de nombreuses simulations cosmologiques de haute précision. Leur étude, publiée dans
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, cherche à mieux décrire la population de ces trous noirs primordiaux et leur relation avec les énigmatiques points rouges.
Les graines de trous noirs : légères ou massives ?
Le concept de graines décrit la façon dont un trou noir amorce son existence. Pour les graines légères, il s'agit des résidus d'étoiles massives ayant explosé en supernova. Leur masse reste limitée, atteignant au maximum quelques dizaines de fois celle du Soleil, et une croissance ultérieure importante par accrétion et fusion est alors nécessaire.
À l'opposé, une graine massive provient directement de l'écroulement d'un nuage de gaz très dense, évitant ainsi la phase stellaire. La masse initiale peut ainsi atteindre cent mille fois celle du Soleil, offrant un départ avantageux pour parvenir rapidement à une taille supermassive.
Cette distinction est importante pour comprendre l'apparition précoce de trous noirs géants dans l'Univers jeune. Le laps de temps entre le Big Bang et leur observation par le télescope James Webb paraît en effet trop court pour les graines légères classiques.
La recherche de ces graines massives, à travers des objets comme les Little Red Dots, permet ainsi de tester les modèles de formation des structures cosmiques les plus extrêmes.