Des analyses approfondis des images à rayons X prise par le télescope spatial Chandra ont permis aux astronomes de trouver la première preuve directe que les trous noirs massifs étaient très répandus dans l'univers primitif. Cette découverte montre que les trous noirs ont évolué de manière rapide et de tandem avec la croissance de leurs galaxies hôtes.

Vue d'artiste d'une "bébé" galaxie et de son trou noir supermassif en pleine croissance dans l'univers primitif âgé de seulement 800 à 950 millions d'années.

 Crédit image : NASA / CXC / A.Hobart. 

Chandra a observé un secteur du ciel profond situé dans l'hémisphère sud pendant plus de six semaines. Les astronomes ont nommé cette région SFMC (South Chandra Deep Field). Les images à rayons X de Chandra ont été combiné avec des images optique et infrarouge du télescope spatial Hubble et elles ont permis aux astronomes de détecter des trous noirs dans 200 galaxies lointaines lorsque l'univers était âgée de "seulement" 800 à 950 millions années.  

"Jusqu'à présent, nous ne savions pas si les trous noirs existaient dans ces premières galaxies", a déclaré Ezequiel Treister de l'Université de Hawaï, principal auteur de l'étude. "Maintenant, nous savons qu'ils sont là, et ils sont en pleine croissance."  

Cette croissance signifie que les trous noirs détectés dans la zone SFMC sont des versions moins extrêmes que les quasars. Les quasars sont des galaxies lointaines très énergétiques ayant un noyau galactique actif. Ce sont les objets les plus lumineux de l'univers. Les noyaux actifs des galaxies de la zone SFMC sont 100 fois plus faibles et les trous noirs en leur sein sont 1 000 fois moins massifs que ceux des quasars.  

Vue d'artiste d'une galaxie très jeune située dans l'univers primitif moins d'un milliard d'années après le Big Bang.

Crédit image : NASA / CXC / M.Weiss.  

D'après leurs estimations, entre 30 et 100% des galaxies lointaines contiennent des trous noirs supermassifs.En extrapolant ces résultats à partir du petit champ observé par Chandra et Hubble, il y aurait au moins 30 millions de trous noirs supermassifs au début de l'univers. Soit environ 10 000 fois plus que le nombre estimé de quasars dans l'univers primitif.  

"Il semble que nous avons trouvé une nouvelle population de "bébé"trous noir", a déclaré le co-auteur Kevin Schawinski de l'Université de Yale. "Nous pensons que ces bébés vont croitrent d'un facteur 100 ou 1 000, devenant finalement les trous noirs géants que nous voyons aujourd'hui presque 13 milliards d'années après."  

"Bébés" trous noirs détectés dans la zone SFMC par le télescope spatial à rayon X Chandra (à droite). L'image principale est un composite des images en rayons X de Chandra et de celles prises dans le visible et l'infrarouge par le télescope spatial Hubble. 

Crédit images : Rayons X : NASA / CXC / U.Hawaii / E. Treister ; Infrarouge : NASA / STScI / UC Santa Cruz / G.Illingworth ; Optique : NASA / STScI / S.Beckwith. 

Une population de jeunes trous noirs dans l'Univers primitif avait déjà été prédit, mais pas encore observé. D'après leurs calculs, cette équipe d'astronomes estime que le montant total des trous noirs observés est 100 fois plus élevé que les estimations récentes.  

Les télescopes optiques ne peuvent les détecter directement que certaines fois car les trous noirs sont presque tous enveloppés par des nuages de gaz et de poussière (le disque d'accrétion) .Cependant, les hautes énergies des rayons X pénètrent à travers ces voiles et sont détectables par des télescopes comme Chandra.  

Les physiciens étudiant les trous noirs veulent en savoir plus sur la manière dont les premiers trous noirs supermassifs se sont formés et ont évolué. Bien que la preuve d'une croissance parallèle des trous noirs et des galaxies ait été établi, ces nouveaux résultats montrent que cette connexion a commencé bien plus tôt qu'on ne le pensait, peut-être même dès leurs naissances commune.