Les trous noirs supermassifs actifs pourraient être plus rares que ce qui était précédemment pensé.

Moins de trous noirs supermassifs pourraient subir des poussées de croissance que les astronomes ne le pensaient.

Chaque grande galaxie connue héberge un trou noir gargantuesque en son centre. Certains de ces mastodontes connaissent des poussées de renforcement, pendant lesquelles ils brillent de mille feux. Mais les récentes observations du télescope spatial James Webb ont révélé beaucoup moins de trous noirs actifs que prévu, rapportent les chercheurs dans un article soumis le 22 août sur arXiv.org.

Si elle est confirmée, cette découverte soulève des questions sur la façon dont certains trous noirs supermassifs sont devenus si grands et quel impact ils ont, le cas échéant, sur les galaxies qu'ils habitent.

Les énormes trous noirs, comme celui au centre de la Voie lactée, ont tendance à être plutôt calmes (SN : 28/06/23). Mais occasionnellement, une vague de détritus interstellaires s’abat sur eux – souvent à la suite d’une collision avec une autre galaxie – créant ce qu’on appelle un noyau galactique actif, ou AGN. Ici, le cœur de la galaxie hôte émet de grandes quantités de lumière à toutes les longueurs d’onde à mesure que l’afflux de matière tourbillonnant autour du trou noir se réchauffe. Un AGN peut non seulement éclipser ses galaxies hôtes, mais il constitue également la source de lumière persistante la plus brillante de l’univers.

En 2017, l’astronome Allison Kirkpatrick de l’Université du Kansas à Lawrence et ses collègues ont prédit que les yeux infrarouges du JWST trouveraient un grand nombre de ces trous noirs actifs sur la base des observations d’autres télescopes infrarouges spatiaux moins sensibles. Dans la nouvelle étude, Kirkpatrick et son équipe ont orienté JWST vers une bande de ciel bien étudiée où, en 2008, le télescope spatial Spitzer avait trouvé des signatures infrarouges de noyaux galactiques actifs dans près d'un tiers des 19 galaxies étudiées.

Ces galaxies, vues telles qu'elles se trouvaient autour du pic de formation d'étoiles cosmiques il y a environ 10 milliards d'années, étaient toutes relativement brillantes et massives. JWST est beaucoup plus sensible que Spitzer, il est donc capable de repérer des galaxies plus faibles et de taille moyenne à la même époque – des galaxies de taille plus comparable à celle de la Voie lactée. Et pourtant, sur les près de 500 galaxies repérées par JWST, toutes observées pour la première fois, seulement 6 % semblent contenir des

"Nous sondons en fait une nouvelle population" de galaxies, explique Tonima Tasnim Ananna, astronome à la Wayne State University de Detroit, qui n'a pas participé à l'étude. Les nouvelles données proviennent des confins de l’univers, une région désormais plus accessible que jamais grâce à JWST.

Les galaxies nouvelles pour nous semblent remplies de poussière interstellaire. Il est donc possible, dit Kirkpatrick, que des trous noirs à croissance rapide se cachent dans ces galaxies poussiéreuses lointaines, et que les chercheurs n’ont tout simplement pas encore les capacités techniques nécessaires pour les identifier.

S’il n’y avait pas autant de trous noirs à croissance rapide qu’on le pensait autrefois, cela bouleverserait la compréhension des astronomes sur la formation des trous noirs et des galaxies. Les trous noirs supermassifs peuvent peser jusqu’à plusieurs millions, voire plusieurs milliards de soleils. On pense que la phase AGN est une étape importante pour rassembler autant de masse

"Peut-être que toutes les galaxies ne passent pas par cette phase active, [et] leurs trous noirs se développent assez lentement", explique Kirkpatrick. Cela signifierait que certains trous noirs supermassifs auraient dû être relativement lourds au départ, plutôt que de se développer à partir d’objets relativement minuscules.

Et un trou noir actif ne se développe pas rapidement de manière isolée. Cela affecte également sa galaxie hôte. « Il fait vraiment très chaud » dans un AGN, dit Kirkpatrick. Cela peut rendre plus difficile pour la galaxie hôte la formation d’étoiles, qui ont besoin de gaz relativement froid pour démarrer.

Et la pression des radiations autour d’un trou noir supermassif qui s’accumule rapidement peut être suffisamment puissante pour déclencher des vents « comme un billion d’ouragans dévastant votre galaxie », explique Kirkpatrick. Ces vents pourraient, à leur tour, rendre les choses trop instables à proximité du centre de la galaxie pour que des planètes capables de soutenir la vie se forment, dit-elle. Mais si de nombreux trous noirs ne passent pas par une phase AGN, ils n’influenceront peut-être pas beaucoup leurs galaxies hôtes.

Une autre explication de la pénurie apparente de trous noirs actifs dans les nouvelles données JWST est que de nombreux trous noirs supermassifs pourraient se développer au cours de courtes et périodiques poussées d’activité. Dans ce cas, ils auraient influencé la galaxie qui les entoure – mais de tels sursauts seraient pratiquement indétectables.

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Si les trous noirs « scintillent et s’éteignent pendant de courtes périodes », dit Kirkpatrick, « vous ne trouverez jamais ces choses. Vous ne pourrez jamais comprendre comment les trous noirs se développent.

D'autres réponses pourraient bientôt arriver : Kirkpatrick prévoit d'utiliser à nouveau JWST en janvier pour mener une recherche encore plus large. Au lieu des près de 500 galaxies utilisées dans cette étude, dit-elle, « je vais probablement avoir 4 000 galaxies à observer maintenant ».

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