ll s’agit, selon les cosmologistes, d’une découverte exceptionnelle.
C’est de loin le plus vieux trou noir jamais découvert, il était déjà là, quelque 500 millions d’années après le Big Bang. Il est le plus grand jamais observé à ce jour (10 millions de fois la masse du Soleil) Normalement sa présence en ce lieu ne s’explique pas. Il va peut-être falloir réécrire l’histoire des premiers temps de l’ Univers
C’est le télescope spatial James Webb, dont les caméras lui permettent de remonter dans le temps jusqu’aux premiers stades de l’univers, qui a découvert ce trou noir supermassif. Il est situé au centre d’une petite galaxie créée 570 millions d’années après le début de l’univers.
Pour repérer le trou noir, les astronomes ont scanné le ciel avec deux caméras infrarouges — l’instrument à infrarouge moyen (MIRI) et la caméra à infrarouge proche du JWST — et ont utilisé les spectrographes intégrés des caméras pour décomposer la lumière en ses fréquences composantes.
En déconstruisant ces faibles lueurs ils ont trouvé un pic inattendu parmi les fréquences contenues dans la lumière : un signe clé que le matériau chaud autour d’un trou noir émettait de faibles traces de rayonnement à travers l’univers.
Les chercheurs ont publié leurs découvertes le 15 mars sur le serveur d’arXiv, mais la recherche n’a pas encore été évaluée par leurs pairs. Il s’agit, selon les cosmologistes, d’une découverte exceptionnelle. https://arxiv.org/abs/2303.08918
Les astronomes s’attendent à trouver beaucoup d’autres trous noirs de ce type dans les prochains mois et années. Ils espèrent également découvrir des trous noirs encore plus anciens, qui sont apparus très peu de temps après, ou, selon certaines théories, même avant le Big Bang.
Dans l’histoire de l’Univers telle que les astrophysiciens la reconstruisent, il faut du temps pour que se forment des trous noirs super massifs au centre d’une galaxie. Il faut d’abord que des étoiles naissent, puis qu’elles meurent, faute de carburant, qu’elles s’écroulent sous l’effet de leur propre poids, et que ces petits trous noirs se rapprochent, s’agglomèrent et fusionnent jusqu’à devenir un seul trou noir gigantesque. Mais ce processus ne marche pas ici : 570 millions d’années ne sont pas suffisantes pour former un trou noir aussi massif
Des trous noirs, on en voit de plus en plus dans le ciel. Pas directement car ces astres sont si denses, que même la lumière ne peut en réchapper. Mais indirectement, on discerne de mieux en mieux l’effet de leur formidable attraction sur la matière aux alentours. Celui-ci est le plus vieux, jamais observé : il était déjà là, au cœur de sa galaxie, 570 millions d’années après le Big Bang.
Le télescope spatial Hubble avait déjà repéré cette très lointaine galaxie, une des plus brillantes de l’Univers primordial, mais il était incapable de discerner ce qu’il y a à l’intérieur. Le télescope James Webb, lui, a pu voir que cette galaxie cache un trou noir de 10 millions de fois la masse du Soleil, soit presque 3 fois plus que celui observé au centre de notre galaxie. Or, normalement,
Les astrophysiciens se réjouissent : avec le télescope Webb, ils espéraient justement voir des choses surprenantes, qui remettent en question leurs modèles. Ceci commence avec ce trou noir : il va falloir invoquer des processus exotiques pour expliquer sa formation. Un effondrement brutal d’un nuage de gaz sans passer par le stade étoile ? L’existence d’étoiles ultra-massives ?
Mais les astrophysiciens sont aussi en train d’étudier d’autres données bizarres sur les galaxies de l’Univers primordial. Elles paraissent trop grosses, trop brillantes, trop chargées en étoiles. James Webb a été conçu, entre autres, pour comprendre la genèse de l’Univers. Or, un an et demi après son lancement, il commence à entrer au cœur du sujet.
Référence
[Submitted on 15 Mar 2023]
A CEERS Discovery of an Accreting Supermassive Black Hole 570 Myr after the Big Bang: Identifying a Progenitor of Massive z > 6 Quasars
We report the discovery of an accreting supermassive black hole at z=8.679, in CEERS_1019, a galaxy previously discovered via a Lyα-break by Hubble and with a Lyα redshift from Keck. As part of the Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) survey, we observed this source with JWST/NIRSpec spectroscopy, MIRI and NIRCam imaging, and NIRCam/WFSS slitless spectroscopy. The NIRSpec spectra uncover many emission lines, and the strong [O III] emission line confirms the ground-based Lyα redshift. We detect a significant broad (FWHM~1200 km/s) component in the Hβ emission line, which we conclude originates in the broad-line region of an active galactic nucleus (AGN), as the lack of a broad component in the forbidden lines rejects an outflow origin. This hypothesis is supported by the presence of high-ionization lines, as well as a spatial point-source component embedded within a smoother surface brightness profile. The mass of the black hole is log(MBH/M⊙)=6.95±0.37, and we estimate that it is accreting at 1.2 (±0.5) x the Eddington limit. The 1-8 μm photometric spectral energy distribution (SED) from NIRCam and MIRI shows a continuum dominated by starlight and constrains the host galaxy to be massive (log M/M⊙~9.5) and highly star-forming (SFR~30 M⊙ yr−1). Ratios of the strong emission lines show that the gas in this galaxy is metal-poor (Z/Z⊙~0.1), dense (ne~103 cm−3), and highly ionized (log U~-2.1), consistent with the general galaxy population observed with JWST at high redshifts. We use this presently highest-redshift AGN discovery to place constraints on black hole seeding models and find that a combination of either super-Eddington accretion from stellar seeds or Eddington accretion from massive black hole seeds is required to form this object by the observed epoch.
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