La croissance des trous noirs supermassifs au cœur des premiers quasars de l'univers restait étonnante. Des scientifiques pensent avoir trouvé de quoi ils ont pu se nourrir, en découvrant d'immenses halos d'hydrogène autour de ces galaxies.

Des halos d’hydrogène ont pu nourrir les premiers quasars de l’univers, expliquant comment leurs trous noirs supermassifs ont pu grandir aussi vite. Des scientifiques l’ont analysé dans The Astrophysical Journal le 19 décembre 2019. Leur étude, repérée par Universe Today, a été prépubliée sur arXiv.org.

À l’observation, les quasars ressemblent à des étoiles mais ce sont en fait des galaxies très lumineuses. « La découverte de quasars quelques centaines de millions d’années après le Big Bang représente un défi majeur pour notre compréhension des trous noirs ainsi que de l’évolution et de la formation des galaxies », écrivent les auteurs. Ce challenge est de comprendre comment ces trous noirs ont réussi à devenir si massifs, alors que l’univers était encore jeune. De quoi ont-ils bien pu se nourrir pour croître aussi rapidement ?

Une représentation du halo de gaz d’hydrogène, en bleu, qui entourait probablement les quasars. // Source : ESO/M. Kornmesser (photo recadrée)

Un « repas de prédilection »

Les trous noirs sont des régions de l’espace qui possèdent un champ gravitationnel tellement intense qu’aucune matière ne peut en sortir, pas même la lumière. Les trous noirs géants sont qualifiés de supermassifs (leur masse représente au moins un million de fois celle du Soleil). D’après les scientifiques, les trous noirs de ces galaxies primitives ont disposé de « réservoirs de gaz froid » qui leur servaient de « repas de prédilection » il y a plus de 12 milliards d’années, résume l’Observatoire Européen Austral dans un communiqué.

Ces immenses halos de gaz pourraient enfin permettre de comprendre comment se sont formés des trous noirs si gigantesques pendant cette période qualifiée d’ « Aube Cosmique ». Jusqu’à présent, les scientifiques n’avaient pas réussi à trouver la source qui offrait à ces trous noirs suffisamment de « nourriture » pour croître autant.

« Nous sommes à présent — et pour la toute première fois — en mesure de démontrer que les galaxies primitives disposaient, en leur périphérie, d’un stock de nourriture suffisant pour alimenter, tant la croissance des trous noirs supermassifs qu’une intense formation stellaire  », résume Emanuele Paolo Farina de l’institut Max Planck d’astronomie (Allemagne), qui a dirigé la recherche, cité par l’ESO.

Un halo de gaz observé par MUSE. // Source : ESO/Farina et al. ; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Decarli et al. (photo recadrée)

Des halos étendus jusqu’à 100 000 années lumière

Pour faire cette découverte, les auteurs ont étudié un échantillons de 31 quasars à l’aide du Très Grand Télescope (VLT), installé dans le désert de l’Atacama au Chili, et de son instrument MUSE. Il a permis d’observer ces galaxies très brillantes, alimentées par d’énormes trous noirs, alors que l’univers était encore très jeune. Autour de 12 de ces quasars, des halos de gaz d’hydrogène s’étendaient à 100 000 années lumière autour des trous noirs.

Les données de l’étude semblent bien montrer que « les halos des premiers quasars contiennent suffisamment de carburant pour maintenir le taux élevé de consommation de gaz observé », indiquent les auteurs. Ils ajoutent que d’autres observations seront nécessaires pour confirmer leur hypothèse.

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