Ces objets ont au moins des centaines de milliers de masses solaires et des millions de kilomètres de diamètre. Ils sont au centre de grandes galaxies et peuvent produire des jets de matière et d’énergie qui mesurent des milliers d’années-lumière. Si l’origine des trous noirs stellaires est comprise, l’origine des supermassives fait l’objet d’un débat scientifique : comment se sont formés ces géants, sont-ils nés en même temps que leurs galaxies ou un peu plus tard ? Aujourd’hui, une étude qui vient d’être publiée dans Nature a proposé une explication de l’origine des trous noirs supermassifs dans la plupart des galaxies. En bref, ils ont affirmé qu’il suffit que les nuages de gaz se compactent très rapidement pour que ces géants naissent avant même la naissance de leurs galaxies.
Des monstres présent au centre des galaxies ?
“La découverte la plus importante de notre étude est que nous avons découvert un moyen naturel de former des trous noirs massifs dans les nuages de gaz à croissance rapide avant que toute galaxie soit formée”, a déclaré John Wise, un chercheur au Georgia Institute of Technology (États-Unis), à ABC. “Notre modèle montre que la graine d’un trou noir supermassif se forme avant la galaxie, et que les étoiles se forment autour d’elle, grandissant continuellement”, a-t-il détaillé.
De nombreux astronomes ont suggéré jusqu’ici que ces colosses sont nés de petits trous noirs formés après la naissance des premières étoiles, et ont ensuite contribué à former les galaxies. D’autres, qui se sont formés en même temps que leurs galaxies, pourquoi tant de divisions d’opinions ? En grande partie parce que l’étude de la naissance des trous noirs supermassifs nécessite de remonter à l’époque où les galaxies sont nées, ce qui implique de regarder les frontières de l’Univers visible, à environ 13 milliards d’années-lumière de distance, et de faire face à de nombreuses limitations.
Où sont nés les trous noirs les plus grands ?
A cette occasion, des recherches, menées par des scientifiques du Georgia Institute of Technology (USA) ont été effectuées aux Etats Unis et en Europe.
L’idée est que la matière noire, une forme de matière invisible dont on connaît les effets par la gravité qu’elle génère, s’effondre en d’énormes “grumeaux” qui provoquent une accumulation rapide de gaz pré-galactique. Ceci évite la formation d’étoiles et facilite la naissance de trous noirs massifs.
L’origine de la plupart des trous
Cela ruine l’hypothèse que les trous noirs supermassifs formés dans les nuages gazeux bombardés par le rayonnement puissant des galaxies voisines. De plus, l’étude conclut également que ce mode de formation explique l’origine de la plupart des trous noirs massifs observés, tant au début de l’Univers que dans les galaxies observées aujourd’hui. Enfin, l’article “suggère que les trous noirs de masse intermédiaires – un type d’objet qui n’a pas été observé mais qui en principe devrait exister – ne sont pas les ancêtres des trous noirs supermassifs”, selon Wise.
Cependant, la question est loin d’être réglée : “Notre modèle peut expliquer la naissance des trous noirs les plus massifs, en particulier ceux des galaxies les plus caractéristiques, comme la voie lactée, mais pas tous”, dit Wise.
De plus, ce modèle ne tient pas compte de l’origine des plus grands trous noirs, dont la naissance a été expliquée par l’équipe de Shingo Hirano en 2017, et liée à l’existence des courants supersoniques dans les nuages de gaz.
L’Univers dans un ordinateur
La recherche est basée sur une simulation complexe, réalisée entre 2014 et 2017 par le supercalculateur Blue Waters, pour représenter la première évolution de l’Univers où les premières étoiles et galaxies ont formé. Plus précisément, les scientifiques ont examiné dix halos de matière noire dont la masse leur aurait permis de former des étoiles, mais qui n’avaient qu’un nuage dense de gaz.
Puis, avec le supercalculateur Stampede2, ils ont reproduit l’évolution de deux de ces halos, de 2 400 années lumière chacun, et essayé d’étudier leur évolution avec grande résolution, 270 millions d’années seulement après le Big Bang.
Ainsi, ils ont pu observer la turbulence et l’écoulement de gaz à l’intérieur et la naissance de précurseurs de trous noirs dont le taux de croissance s’est avéré énorme.
Cette recherche peut donc expliquer l’origine de la plupart des trous noirs supermassifs, que l’on trouve dans des galaxies typiques, comme la voie lactée. Mais d’autres études seront nécessaires pour étudier l’évolution de ces trous et leur relation avec l’évolution des galaxies.
“Notre prochain objectif est d’analyser le développement futur de ces objets exotiques”, a déclaré John Regan, coauteur de l’étude. “Où sont ces trous noirs aujourd’hui ? pouvons-nous les détecter dans notre Univers Local ou par les ondes gravitationnelles ? demanda-t-il.
Quoi qu’il en soit, il semble que si nous voulons comprendre comment et quand les galaxies comme la nôtre sont nées, et quelle est leur évolution, nous devons aussi étudier la naissance et la nature de certains voisins étrangers du monde que nous appelons trous noirs. Quelques objets qui, soit dit en passant, pourraient cacher des secrets fondamentaux de la physique spatio-temporelle et quantique.