Les astronomes du MIT et d’autres institutions ont détecté l’oscillation d’un quasar depuis l’aube cosmique, 850 millions d’années seulement après le Big Bang. C’est la première fois qu’un quasar clignotant aussi ancien est observé, permettant de cartographier la structure du disque de gaz et de poussière autour d’un trou noir supermassif primordial.
L’objet, connu sous le nom de J0439+1634, brille avec une intensité équivalente à 12 000 milliards de soleils et présente des variations allant jusqu’à 20 % de sa luminosité, soit l’équivalent de 2 000 milliards de soleils. L’analyse par scintillation a montré que le disque d’accrétion est étonnamment fin et plat, semblable à celui des quasars plus récents et proches.
Trous noirs supermassifs au début de l’univers
Chaque galaxie abrite en son centre un trou noir supermassif. Lorsqu’il est actif, il attire les gaz et les poussières à haute température, formant un disque d’accrétion qui libère une énorme énergie, obscurcissant la lumière de la galaxie environnante. Les quasars sont les exemples les plus lumineux de ce processus.
Les scientifiques pensaient qu’il faudrait plus d’un milliard d’années à des trous noirs aussi massifs pour se former et se stabiliser. Cependant, les observations effectuées depuis le début des années 2000 ont permis d’identifier plus de 200 trous noirs supermassifs au cours du premier milliard d’années de l’univers, dont beaucoup étaient en phase de quasar actif.
Première oscillation capturée à l’aube cosmique
Jusqu’à présent, les quasars primordiaux n’apparaissaient que comme des points lumineux lointains. Sans capturer les variations, il était difficile de comprendre la structure interne et l’environnement autour des trous noirs.
L’équipe dirigée par Gene Leung, chercheur postdoctoral au MIT Kavli Institute, et Anna-Christina Eilers, professeur adjoint de physique au MIT, a surmonté le défi technique de l’observation de l’univers lointain. La lumière de ces objets est étirée par l’expansion cosmique, ce qui nécessite la collecte de données infrarouges sur de longues périodes.
Ils ont utilisé les informations retraitées de la mission NEOWISE de la NASA, qui a scruté le ciel pendant environ 14 ans. Le signal clignotant de manière aléatoire, semblable à la flamme d’une bougie, a été confirmé comme étant le plus ancien quasar clignotant jamais enregistré.
Le disque plat défie les attentes d’instabilité initiale
La forme aplatie du disque d’accrétion suggère que le trou noir était déjà dans un état relativement mature, même si tôt dans l’histoire du cosmos. Cela contraste avec l’idée selon laquelle les systèmes primordiaux seraient plus chaotiques et gonflés.
“Cette découverte indique que des phases de croissance rapides et chaotiques se produisent très tôt, avant que nous voyions les quasars atteindre leur luminosité maximale”, a expliqué Eilers. Leung a ajouté que quelque chose devait s’être produit encore plus tôt pour que ces systèmes paraissent si matures.
L’analyse à différentes longueurs d’onde a permis de cartographier la température et la structure de la matière du disque, confirmant des processus d’alimentation similaires à ceux observés dans les quasars modernes.
Ce que révèle la découverte sur la formation des galaxies
Les trous noirs supermassifs agissent comme des moteurs centraux des galaxies, régulant la formation des étoiles et la croissance structurelle. Sans eux, les galaxies ne seraient pas telles qu’elles sont.
Cette détection ouvre la voie à des études plus approfondies sur les conditions qui ont permis à ces géants d’émerger rapidement. L’équipe prévoit de remonter encore plus loin dans le temps pour capturer les premières étapes du développement des quasars.
