La présence de trous noirs supermassifs au cœur des galaxies les plus anciennes contredit les modèles actuels. Comment ces objets d'une masse colossale ont-ils pu apparaître si peu de temps après le Big Bang, alors que la chronologie cosmique paraît trop courte pour cela ?
Une recherche menée à l'Université de Maynooth en Irlande, publiée dans
Nature Astronomy, apporte une explication. L'équipe propose que l'Univers primordial était un endroit bien plus agité qu'estimé jusqu'à présent, créant des conditions propices à une croissance extrêmement rapide des trous noirs.
Image générée par ordinateur montrant l'émergence de structures cosmiques dans l'Univers très jeune.
Crédit: Dr John Regan
Pour parvenir à ce constat, les scientifiques ont utilisé des simulations informatiques détaillées afin de suivre l'évolution de la matière autour des premiers trous noirs. Ces modèles démontrent que ces objets, apparus quelques centaines de millions d'années après le Big Bang, ont pu voir leur masse augmenter de manière spectaculaire, atteignant des dizaines de milliers de fois celle du Soleil en un laps de temps relativement bref.
Dans l'Univers actuel, le rayonnement intense produit par l'environnement immédiat d'un trou noir en phase d'accrétion a tendance à repousser le matériel autour de lui, limitant ainsi son alimentation. Toutefois, dans l'Univers jeune, la densité et la turbulence ambiantes étaient telles que cet effet de rétroaction était bien moins efficace, laissant les trous noirs continuer à se nourrir activement.
Ce résultat transforme la vision des 'graines' à l'origine des trous noirs. On considérait auparavant que seuls les trous noirs formés avec une masse initiale très élevée pouvaient atteindre un statut supermassif rapidement. Les nouvelles simulations indiquent pour leur part que même les trous noirs de taille plus modeste, issus de l'effondrement d'étoiles, ont pu connaître une expansion exceptionnelle dans cet environnement particulier.
Ces travaux ont des implications pour les futures missions spatiales. LISA, un projet conjoint de l'ESA et de la NASA dont le lancement est prévu pour 2035, pourrait ainsi être capable de capter les ondes gravitationnelles émises lors des fusions de ces jeunes trous noirs. Cette capacité offrirait alors une observation directe des événements survenus aux premiers âges cosmiques.