Les astronomes explorent l’univers lointain avec le Télescope spatial James Webble télescope le plus puissant de la NASA, ont découvert une classe de galaxies qui défie même les créatures les plus habiles en matière d’imitation, comme la pieuvre imitatrice. Cette créature peut se faire passer pour d’autres animaux marins pour éviter les prédateurs. Besoin d’être un poisson plat ? Pas de problème. Un serpent de mer ? Facile.
Lorsque les astronomes ont analysé les premières images Webb des régions éloignées de l’univers, ils ont repéré un groupe de galaxies jamais observé auparavant. Ces galaxies, au nombre de quelques centaines, sont appelées Petits points rouges—sont très rouges et compactes, et visibles uniquement pendant environ 1 milliard d’années de l’histoire cosmique. Comme la pieuvre imitatrice, les petits points rouges intriguent les astronomes, car ils ressemblent à des objets astrophysiques différents. Il s’agit soit de galaxies massivement lourdes, soit de galaxies de taille modeste, chacune contenant un trou noir supermassif en son cœur.
Cependant, une chose est sûre : le petit point rouge typique est petit, avec un rayon de seulement 2% de cela de la Voie Lactée galaxie. Certains sont encore plus petits.
En tant qu’astrophysicien qui étudie les galaxies lointaines et les trous noirs, je m’intéresse à la compréhension de la nature de ces petites galaxies. Qu’est-ce qui alimente leur lumière et que sont-elles vraiment ?
Le concours d’imitation
Les astronomes analysent la lumière que nos télescopes reçoivent des galaxies lointaines pour évaluer leurs propriétés physiques, comme le nombre d’étoiles qu’elles contiennent. Nous pouvons utiliser les propriétés de leur lumière pour étudier les petits points rouges et déterminer s’ils sont constitués de nombreuses étoiles ou s’ils contiennent un trou noir.
La lumière qui atteint nos télescopes varie en longueur d’onde des longues ondes radio aux rayons gamma énergétiquesLes astronomes décomposent la lumière en différentes fréquences et les visualisent à l’aide d’un graphique, appelé un spectre.
Parfois, le spectre contient Lignes d’émissionqui sont des plages de fréquences où se produit une émission de lumière plus intense. Dans ce cas, nous pouvons utiliser la forme du spectre pour prédire si la galaxie abrite un trou noir supermassif et estimer sa masse.
De même, l’étude des émissions de rayons X de la galaxie peut révéler la présence d’un trou noir supermassif.
Maîtres ultimes du déguisement, les petits points rouges apparaissent comme différents objets astrophysiques, selon que les astronomes choisissent de les étudier à l’aide de rayons X, de lignes d’émission ou d’autre chose.
Les informations recueillies jusqu’à présent par les astronomes à partir des spectres et des raies d’émission des Petits Points Rouges ont permis d’établir deux modèles divergents expliquant leur nature. Ces objets sont soit des galaxies extrêmement denses contenant des milliards d’étoiles, soit elles abritent un trou noir supermassif.
Les deux hypothèses
Dans l’hypothèse des étoiles uniquement, les petits points rouges contiennent des quantités massives d’étoiles, jusqu’à 100 milliards d’étoilesC’est à peu près le même nombre d’étoiles que dans la Voie Lactée, une galaxie beaucoup plus grande.
Imaginez-vous seul dans une immense pièce vide. Cet espace vaste et calme représente la région de l’univers située à proximité de notre système solaire, où les étoiles sont dispersées de façon éparse. Maintenant, imaginez cette même pièce, mais remplie de toute la population de la Chine.
Cette salle bondée est ce à quoi ressemblerait le noyau des petits points rouges les plus denses. Ces objets astrophysiques pourraient être les environnements stellaires les plus denses dans l’univers entier. Les astronomes ne sont même pas certains que de tels systèmes stellaires puissent exister physiquement.
Ensuite, il y a l’hypothèse du trou noir. La majorité des petits points rouges afficher des signes clairs de la présence de un trou noir supermassif en leur centre. Les astronomes peuvent déterminer s’il y a un trou noir dans la galaxie en observant les grandes lignes d’émission dans leurs spectres, créées par le gaz autour du trou noir tourbillonnant à grande vitesse.
Les astronomes estiment en fait ces trous noirs sont trop massifscomparée à la taille de leurs galaxies hôtes compactes.
Les trous noirs ont généralement une masse d’environ 0,1 % de la masse stellaire de leurs galaxies hôtes. Mais certains de ces petits points rouges abrite un trou noir presque aussi massif comme toute leur galaxie. Les astronomes les appellent des trous noirs surmassifs, car leur existence défie le ratio conventionnel généralement observé dans les galaxies.
Animation illustrant la découverte de trous noirs surmassifs dans l’Univers lointain par le télescope spatial James Webb. Crédit : Timothy Rauch
Il y a cependant un autre problème. Contrairement aux trous noirs ordinaires, ceux que l’on suppose présents dans les petits points rouges ne pas montrer tout signe d’émission de rayons X. Même dans les profondeursdes images à haute énergie sont disponibles, là où les astronomes devraient pouvoir observer facilement ces trous noirs, mais il n’y a aucune trace d’eux.
Peu de solutions et beaucoup d’espoirs
Ces curiosités astrophysiques sont-elles des galaxies massives avec beaucoup trop d’étoiles ? Ou abritent-elles en leur centre des trous noirs supermassifs trop massifs qui n’émettent pas assez de rayons X ? Quelle énigme.
Avec plus d’observations et de modélisation théorique, les astronomes commencent à proposer des solutions possibles. Peut-être que les petits points rouges ne sont composés que d’étoiles, mais ces étoiles sont si denses et compacts qu’ils imitent le lignes d’émission généralement observées d’un trou noir.
Ou peut-être supermassif, voire surmassif— des trous noirs se cachent au cœur de ces petits points rouges. Si tel est le cas, deux modèles peuvent expliquer l’absence d’émission de rayons X.
Premièrement, de grandes quantités de gaz pourraient flotter autour du trou noir, ce qui bloquer une partie du rayonnement à haute énergie émis par le centre du trou noir. Deuxièmement, le trou noir pourrait aspirer du gaz beaucoup plus rapidement que d’habitude. Ce processus produire un spectre différent avec moins de rayons X que ce que les astronomes voient habituellement.
Le fait que les trous noirs soient trop gros ou trop massifs ne constitue peut-être pas un problème pour notre compréhension de l’univers, mais plutôt la meilleure indication de la façon dont les premiers trous noirs dans l’univers sont nés. En fait, si les premiers trous noirs qui se sont formés étaient très massifs – environ 100 000 fois la masse du soleil—les modèles théoriques suggèrent que leur rapport entre la masse du trou noir et la masse de la galaxie hôte pourrait rester haut pendant une longue période après sa formation.
Comment les astronomes peuvent-ils découvrir la véritable nature de ces petites taches lumineuses qui brillent au début des temps ? Comme dans le cas de notre maître du déguisement, la pieuvre, le secret réside dans l’observation de leur comportement.
Utilisation du télescope Webb et d’autres télescopes plus puissants Télescopes à rayons X Des observations supplémentaires permettront éventuellement de découvrir une caractéristique que les astronomes ne pourront attribuer qu’à l’un des deux scénarios.
Par exemple, si les astronomes détectaient clairement une émission de rayons X ou radio, ou une lumière infrarouge émise autour de l’endroit où se trouve le trou noir, ils sauraient que l’hypothèse du trou noir est la bonne.
Tout comme notre ami marin peut prétendre être une étoile de mer, il finira par déplacer ses tentacules et révéler sa vraie nature.
Cet article est republié à partir de La Conversation sous licence Creative Commons. Lire la suite article original.