Des trous noirs supermassifs étaient déjà présents dans l'univers encore jeune. Leur origine est restée mystérieuse. Deux astrophysiciens affirment que ces objets ne se sont pas formés avec des restes d'étoiles.

D’énormes trous noirs étaient présents très tôt dans l’histoire de l’univers. Une étude pourrait enfin expliquer comment ils se sont formés. Ce n’était probablement pas à partir des restes d’une étoile. Deux astrophysiciens de l’université de Western Ontario (Canada) l’ont assuré dans la revue The Astrophysical Journal Letters le 28 juin 2019. L’article final n’est pas encore accessible, mais une précédente version du texte est consultable sur la plateforme arXiv.org (une archive de prépuplications d’articles scientifiques).

Les chercheurs Shantanu Basu et Arpan Das estiment avoir découvert « une preuve d’observation indirecte du fait que les trous noirs ont pour origine des effondrements directs et non des vestiges stellaires », cite un communiqué de l’université de Western Ontario.

Une représentation d’un trou noir. // Source : Max Pixel/CC0 Domaine public

L’origine de ces trous noirs supermassif était un mystère

Les trous noirs sont des objets célestes très denses. Comme l’explique la Nasa, vous pouvez imaginer que la matière d’une étoile 10 fois plus massive que notre Soleil serait comprimée dans une sphère au diamètre équivalent à celui de la ville de New York. Leur champ de gravitation est si fort que rien, pas même la lumière, ne s’en échappe (même si Stephen Hawking a aussi montré que les trous noirs ne l’étaient pas totalement et pouvaient s’évaporer).

Ces dernières années, la communauté scientifique a découvert plusieurs trous noirs supermassifs (qui mesurent 1 million de masses solaires ou davantage) qui étaient présents assez tôt dans l’histoire de notre univers. Ils étaient déjà là 800 millions d’années après le Big Bang (qui n’a rien d’une grosse explosion). Comment se sont formés ces trous noirs qui étaient à la fois jeunes et massifs ? Aucune explication scientifique ne répondait à cette question jusqu’à présent.

Un trou noir stellaire. // Source : NASA/CXC/M.Weiss (photo recadrée)

Le scénario de l’effondrement direct : de quoi s’agit-il ?

On sait que les trous noirs peuvent se former lors de l’effondrement d’une étoile sur elle-même (le processus crée ce qu’on appelle une supernova). Mais les trous noirs stellaires formés lors de ce scénario mesurent entre 5 et 10 masses solaires, soit bien moins que les trous noirs supermassifs présents tôt dans l’univers. Avec leur « scénario de l’effondrement direct », les scientifiques expliquent comment des trous noirs supermassifs ont pu se former dans l’univers primitif. Le scénario suppose que les trous noirs supermassifs se soient créés pendant « une période courte avec un taux de formation croissant », écrivent Shantanu Basu et Arpan Das (qui complètent cette affirmation d’une série de calculs mathématiques complexes dans leur étude).

D’après eux, les trous noirs supermassifs se forment rapidement, pendant une période de temps brève, avant de s’arrêter brusquement. « À cause de toutes les radiations dans l’univers créées par d’autres trous noirs et des étoiles, leur production s’est arrêtée », explique Shantanu Basu. Ce scénario change la manière dont on perçoit actuellement la formation des trous noirs. De futures observations de trous noirs supermassifs pourraient offrir des opportunités d’utiliser ce modèle, pour tenter de retracer l’histoire de leur formation.

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