Une nouvelle classe de galaxies pourrait indiquer une croissance précoce des trous noirs

En décembre 2022, moins de six mois après le début de ses opérations scientifiques, le télescope spatial James Webb de la NASA a révélé quelque chose de jamais vu auparavant : de nombreux objets rouges qui semblent petits dans le ciel, que les scientifiques ont rapidement appelés « petits points rouges » (LRD). Bien que ces points soient assez abondants, les chercheurs sont perplexes quant à leur nature, à la raison de leurs couleurs uniques et à ce qu’ils véhiculent sur l’univers primitif.

Une équipe d’astronomes a récemment compilé l’un des plus grands échantillons de LRD à ce jour, dont la quasi-totalité existait au cours des 1,5 milliards d’années qui ont suivi le Big Bang. Ils ont découvert qu’une grande partie des LRD de leur échantillon présentaient des signes de présence de trous noirs supermassifs en croissance.

“Nous sommes déconcertés par cette nouvelle population d’objets découverts par Webb. Nous n’en voyons pas d’analogues à des redshifts inférieurs, c’est pourquoi nous ne les avons pas vus avant Webb”, a déclaré Dale Kocevski du Colby College de Waterville. , Maine, et auteur principal de l’étude publiée sur le arXiv serveur de préimpression. “De nombreux travaux sont en cours pour tenter de déterminer la nature de ces petits points rouges et si leur lumière est dominée par des trous noirs en accumulation.”

Un aperçu potentiel de la croissance précoce des trous noirs

L’utilisation de données Webb accessibles au public a été un facteur important contribuant à la grande taille de l’échantillon de LRD de l’équipe. Pour commencer, l’équipe a recherché ces sources rouges dans l’enquête Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) avant d’élargir leur portée à d’autres domaines extragalactiques hérités, notamment l’enquête JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) et l’enquête publique exploratoire extragalactique profonde de nouvelle génération ( NGDEEP).

La méthodologie utilisée pour identifier ces objets différait également des études précédentes, ce qui permettait au recensement de couvrir une large plage de redshift. La répartition qu’ils ont découverte est intrigante : les LRD émergent en grand nombre environ 600 millions d’années après le Big Bang et subissent un déclin rapide en quantité environ 1,5 milliard d’années après le Big Bang.

L’équipe s’est tournée vers le Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey (RUBIES) pour obtenir des données spectroscopiques sur certains des LRD de leur échantillon. Ils ont découvert qu’environ 70 % des cibles montraient des traces de gaz en orbite rapide à une vitesse de 2 millions de milles par heure (1 000 kilomètres par seconde), signe d’un disque d’accrétion autour d’un trou noir supermassif. Cela suggère que de nombreux LRD accumulent des trous noirs, également appelés noyaux galactiques actifs (AGN).

“La chose la plus excitante pour moi, ce sont les distributions de redshift. Ces sources à redshift vraiment rouge et à fort redshift cessent d’exister à un certain moment après le Big Bang”, a déclaré Steven Finkelstein, co-auteur de l’étude à l’Université du Texas à Austin. “S’ils développent des trous noirs, et nous pensons qu’au moins 70 % d’entre eux le sont, cela fait allusion à une ère de croissance obscurcie des trous noirs dans l’univers primitif.”

Contrairement aux gros titres, la cosmologie n’est pas brisée

Lorsque les LRD ont été découverts pour la première fois, certains ont suggéré que la cosmologie était « brisée ». Si toute la lumière provenant de ces objets provenait d’étoiles, cela impliquait que certaines galaxies étaient devenues si grandes et si rapides que les théories ne pouvaient pas en rendre compte.

Les recherches de l’équipe soutiennent l’argument selon lequel une grande partie de la lumière provenant de ces objets provient de trous noirs en accumulation et non d’étoiles. Moins d’étoiles signifie des galaxies plus petites et plus légères, ce qui peut être compris par les théories existantes.

“C’est ainsi que vous résolvez le problème de la rupture de l’univers”, a déclaré Anthony Taylor, co-auteur de l’étude à l’Université du Texas à Austin.

De plus en plus curieux

Il y a encore beaucoup de sujets de débat car les LRD semblent soulever encore plus de questions. Par exemple, la question reste ouverte de savoir pourquoi les LRD n’apparaissent pas à des redshifts inférieurs. Une réponse possible est la croissance à l’envers : à mesure que la formation d’étoiles dans une galaxie s’étend vers l’extérieur du noyau, moins de gaz est déposé par les supernovas à proximité du trou noir en accrétion, et celui-ci devient moins obscurci. Dans ce cas, le trou noir se débarrasse de son cocon de gaz, devient plus bleu et moins rouge, et perd son statut LRD.

De plus, les LRD ne sont pas brillants à la lumière des rayons X, ce qui contraste avec la plupart des trous noirs à des redshifts inférieurs. Cependant, les astronomes savent qu’à certaines densités de gaz, les photons de rayons X peuvent être piégés, réduisant ainsi la quantité d’émission de rayons X. Par conséquent, cette qualité des LRD pourrait étayer la théorie selon laquelle il s’agit de trous noirs fortement obscurcis.

L’équipe adopte plusieurs approches pour comprendre la nature des LRD, notamment en examinant les propriétés de leur échantillon dans l’infrarouge moyen et en recherchant globalement les trous noirs en accumulation pour voir combien correspondent aux critères du LRD. L’obtention d’une spectroscopie plus approfondie et de certaines observations de suivi sera également bénéfique pour résoudre ce « cas ouvert » actuellement concernant les LRD.

“Il existe toujours deux ou plusieurs façons potentielles d’expliquer les propriétés confusionnelles des petits points rouges”, a déclaré Kocevski. “C’est un échange continu entre modèles et observations, trouvant un équilibre entre ce qui s’aligne bien entre les deux et ce qui est en conflit.”

Ces résultats ont été présentés lors d’une conférence de presse lors de la 245e réunion de l’American Astronomical Society à National Harbor, Maryland, et ont été acceptés pour publication dans Le journal d’astrophysique.