De nouvelles simulations de pointe réalisées par les astronomes de l’Université Maynooth montrent que, dans l’aube dense et turbulente du cosmos, les trous noirs « graines de lumière » pourraient rapidement avaler de la matière et rivaliser avec les trous noirs colossaux observés au centre des premières galaxies.
« Nous avons découvert que les conditions chaotiques qui existaient au début de l’Univers ont déclenché la croissance précoce de trous noirs plus petits pour devenir les trous noirs supermassifs que nous verrons plus tard, suite à une frénésie alimentaire qui a dévoré la matière tout autour d’eux », a déclaré Daxal Mehta, doctorant. candidat à l’Université de Maynooth.
« Nous avons révélé, à l’aide de simulations informatiques de pointe, que la première génération de trous noirs – ceux nés quelques centaines de millions d’années seulement après le Big Bang – s’est développée incroyablement rapidement, jusqu’à atteindre des dizaines de milliers de fois la taille de notre Soleil. »
« Cette percée révèle l’une des grandes énigmes de l’astronomie », a déclaré le Dr Lewis Prole, chercheur postdoctoral à l’Université Maynooth.
« C’est ainsi que les trous noirs nés dans l’Univers primitif, observés par le télescope spatial James Webb NASA/ESA/CSA, ont réussi à atteindre si rapidement des tailles aussi supermassives. »
Les environnements denses et riches en gaz des premières galaxies ont permis de courtes poussées de « super accrétion d’Eddington » ; un terme utilisé pour décrire ce qui se passe lorsqu’un trou noir « mange » de la matière plus rapidement que ce qui est normal ou sûr.
Si vite qu’il devrait souffler sa nourriture avec la lumière, mais il continue quand même à la manger.
Les résultats ont fourni un « chaînon manquant » entre les premières étoiles et les trous noirs supermassifs apparus beaucoup plus tard.
« On pensait auparavant que ces minuscules trous noirs étaient trop petits pour devenir les trous noirs géants observés au centre des premières galaxies », a déclaré Mehta.
« Ce que nous avons montré ici, c’est que ces premiers trous noirs, bien que petits, sont capables de se développer à une vitesse spectaculaire, dans des conditions favorables. »
Les trous noirs sont de type « graines lourdes » et « graines légères ».
Les types de graines légères sont relativement petites au départ, ne dépassant pas dix à quelques centaines de fois la masse de notre Soleil et doivent croître à partir de là pour devenir « supermassives » – des millions de fois la masse du Soleil.
Les types lourds, en revanche, commencent leur vie avec une masse déjà beaucoup plus massive, peut-être jusqu’à cent mille fois la masse du Soleil à la naissance.
Jusqu’à présent, les astronomes pensaient que des types de graines lourdes étaient nécessaires pour expliquer la présence des trous noirs supermassifs résidant au centre de la plupart des grandes galaxies.
« Maintenant, nous n’en sommes pas si sûrs », a déclaré le Dr John Regan, astronome à l’Université de Maynooth.
« Les graines lourdes sont un peu plus exotiques et peuvent nécessiter des conditions rares pour se former. »
« Nos simulations montrent que vos trous noirs de masse stellaire de type « jardin » peuvent croître à des rythmes extrêmes dans l’Univers primitif. »
La recherche remodèle la compréhension des origines des trous noirs, mais souligne également l’importance des simulations à haute résolution pour découvrir les premiers secrets de l’Univers.
« L’Univers primitif est beaucoup plus chaotique et turbulent que prévu, avec une population de trous noirs massifs beaucoup plus importante que ce à quoi nous nous attendions », a déclaré le Dr Regan.
Les résultats ont également des implications pour la mission ESA/NASA Laser Interferometer Space Antenna (LISA), dont le lancement est prévu en 2035.
« Les futures observations d’ondes gravitationnelles de cette mission pourraient permettre de détecter la fusion de ces minuscules bébés trous noirs, précoces et à croissance rapide », a déclaré le Dr Regan.
