Un trou noir d'un quasar lointain est étonnamment énorme pour sa galaxie.

La première observation de lumière d'étoile provenant d'une galaxie hébergeant l'un des quasars les plus lointains connus a révélé une bizarrerie astronomique.

Les quasars - des noyaux galactiques brillants - doivent leur éclat à la chaleur intense qui résulte lorsque le gaz tourbillonne autour d'un gros trou noir. Les astronomes rapportent dans un article soumis le 14 octobre à arXiv.org que le trou noir alimentant un quasar situé à 13 milliards d'années-lumière de la Terre pèse la moitié de la masse de toutes les étoiles autour de lui - un ratio record élevé pour une galaxie hôte de quasar.

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Toutes les tentatives précédentes pour apercevoir la galaxie hôte avec le télescope spatial Hubble ont échoué. Les astronomes ont donc pris pour cible le télescope spatial James Webb, ou JWST, à la place.

Le quasar, nommé ULAS J1120+0641 et le quatrième plus lointain connu, surpasse sa galaxie de plus de 100 fois. « Cela rend très difficile de mesurer la [lumière] de la galaxie hôte », déclare Minghao Yue, membre de l'équipe et astronome au MIT. Mais au cours des 13 milliards d'années pendant lesquelles la lumière du quasar s'est précipitée vers nous, l'expansion de l'univers a étiré les ondes lumineuses de plus de 700 pour cent. Ainsi, nous voyons la lumière visible du quasar à des longueurs d'onde infrarouges, là où le JWST effectue la plupart de ses observations.

Les astronomes découvrent que le trou noir alimentant le quasar pèse 1,4 milliard de fois la masse du Soleil, conformément aux estimations précédentes. Ce qui est nouveau, c'est la détection de la galaxie hôte, dont les étoiles totalisent 2,6 milliards de masses solaires. C'est faible par rapport à la Voie lactée, dont la masse stellaire atteint environ 60 milliards de masses solaires. Mais à l'époque où nous voyons le quasar, environ 750 millions d'années après le Big Bang, toutes les galaxies étaient jeunes, et même la plupart des plus grandes galaxies avaient moins d'étoiles que les géants modernes comme la nôtre.

Ce qui ressort vraiment, c'est le poids relatif du trou noir : il représente 54 pour cent de la masse stellaire de sa galaxie, contre seulement environ 0,1 pour cent pour les trous noirs centraux des galaxies géantes modernes. « Cela signifie que la coévolution entre les trous noirs et leurs hôtes dans l'univers primitif doit être très différente » des galaxies modernes, explique Yue.

L'astronome de l'Université Harvard, Avi Loeb, est d'accord. Il pense que le rayonnement du quasar a supprimé la formation d'étoiles dans la galaxie hôte en chauffant son gaz. Pour s'effondrer et créer des étoiles, le gaz interstellaire doit être frigorifique ; autrement, la poussée vers l'extérieur de la pression thermique empêche le gaz de s'effondrer en nouvelles étoiles. « Si je devais deviner », dit-il, « le gaz n'est pas assez froid pour produire beaucoup d'étoiles ».

Le quasar s'éteindra dans le futur, déclare Loeb. Ensuite, le gaz dans la galaxie environnante pourra se refroidir et former des étoiles, augmentant la masse stellaire de la galaxie. Si nous pouvions voir la galaxie telle qu'elle est aujourd'hui, sa masse noire relative à sa masse stellaire pourrait bien correspondre à celle des galaxies géantes proches de nous.

Malheureusement, selon Yue, le nouveau travail ne répond pas au mystère de la façon dont ces énormes trous noirs ont grandi si rapidement peu de temps après le Big Bang. Mais les observations montrent une autre galaxie entrant en collision avec celle hébergeant le quasar. La collision doit probablement verser du gaz dans le trou noir, renforçant sa masse déjà considérable et éclairant également le quasar de manière à ce que les astronomes puissent le voir sur une si grande distance.