Dans son modèle classique de développement, un trou noir de taille moyenne provient d’un petit trou noir produit par l’effondrement sur elle-même d’une étoile massive en fin de vie. Il grandit en capturant petit à petit de plus en plus de gaz, de matière et d’étoiles provenant de son environnement proche. Ce phénomène est nommé l’accrétion.
Il existe néanmoins une limite théorique à cette croissance : la limite d’Eddington, ou luminosité d’Eddington,. Celle-ci est une valeur de luminosité qu’aucun objet céleste (par exemple une étoile) ne peut dépasser : au-delà, la pression de radiation prend le pas sur la gravité et des constituants de l’objet sont éjectés. Ainsi l’immense quantité de lumière produite par le disque de matière qui entoure le trou noir (le disque d’accrétion) provoque une pression qui repousse la matière environnante et ralentit la croissance du trou noir.
Une équipe internationale d’astronome a cependant mis au jour un trou noir supermassif aux confins de l’univers primitif, 800 millions d’années après le Big Bang. Cette observation, parue dans la revue Nature, référencée ci-dessous, contredit les modèles théoriques de la formation des trous noirs, qui ne devraient pas être capables d’atteindre de telles masses en si peu de temps. Le phénomèna n’a pas enrore d’explication à ce jour.
Stéphane Charlot, directeur de recherche CNRS à l’Institut d’astrophysique de Paris, a participé à ces observations réalisées grâce au James Webb Space Telescope.
- article
- Published: 18 December 2024
A dormant overmassive black hole in the early Universe
- Ignas Juodžbalis, Roberto Maiolino, William M. Baker, Sandro Tacchella, Jan Scholtz, Francesco D’Eugenio, Joris Witstok, Raffaella Schneider, Alessandro Trinca, Rosa Valiante, Christa DeCoursey, Mirko Curti, Stefano Carniani, Jacopo Chevallard, Anna de Graaff, Santiago Arribas, Jake S. Bennett, Martin A. Bourne, Andrew J. Bunker, Stéphane Charlot, Brian Jiang, Sophie Koudmani, Michele Perna, Brant Robertson, Chris Willott
- Nature volume 636, pages 594–597 (2024)
- Abstract
- Recent observations have found a large number of supermassive black holes already in place in the first few hundred million years after the Big Bang, many of which seem to be overmassive relative to their host galaxy stellar mass when compared with local relation1,2,3,4,5,6,7,8,9. Several different models have been proposed to explain these findings, ranging from heavy seeds to light seeds experiencing bursts of high accretion rate10,11,12,13,14,15,16. Yet, current datasets are unable to differentiate between these various scenarios. Here we report the detection, from the JADES survey, of broad Hα emission in a galaxy at z = 6.68, which traces a black hole with a mass of about 4 × 108M⊙ and accreting at a rate of only 0.02 times the Eddington limit. The black hole to host galaxy stellar mass ratio is about 0.4—that is, about 1,000 times above the local relation—whereas the system is closer to the local relations in terms of dynamical mass and velocity dispersion of the host galaxy. This object is most likely an indication of a much larger population of dormant black holes around the epoch of reionization. Its properties are consistent with scenarios in which short bursts of super-Eddington accretion have resulted in black hole overgrowth and massive gas expulsion from the accretion disk; in between bursts, black holes spend most of their life in a dormant state.
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