Des recherches récentes suggèrent une solution à un mystère cosmique de longue date : la formation étonnamment rapide de trous noirs supermassifs dans l’univers primitif. Les données du télescope spatial James Webb (JWST) ont révélé que ces géants existaient déjà 500 millions d’années après le Big Bang, bien plus tôt que ne le prédisent les modèles cosmologiques actuels. Une nouvelle étude suggère que ces trous noirs se sont développés de manière explosive au cours de périodes de « super-accrétion d’Eddington », essentiellement une frénésie alimentaire cosmique.
Le problème des premiers trous noirs
Le modèle standard de formation des trous noirs suggère qu’ils se développent sur des milliards d’années grâce à des fusions et à une accrétion progressive de matière. Cependant, les observations du JWST ont montré que des trous noirs supermassifs existaient alors que l’univers n’avait qu’une fraction de son âge actuel, ce qui rend leur développement impossible selon la théorie conventionnelle. Cette divergence – l’existence de trous noirs massifs trop tôt dans l’histoire cosmique – exigeait une nouvelle explication.
La solution : l’accrétion de Super-Eddington
Des chercheurs de l’Université Maynooth ont utilisé des simulations informatiques avancées pour démontrer comment les premiers trous noirs pouvaient contourner les limites habituelles de croissance. Le premier univers était caractérisé par des nuages de gaz chaotiques et denses. Dans ces conditions, les trous noirs plus petits pourraient brièvement dépasser la « limite d’Eddington » – la vitesse maximale à laquelle un trou noir peut consommer de la matière sans que la pression de radiation n’arrête l’afflux.
“Nous avons révélé, à l’aide de simulations informatiques de pointe, que la première génération de trous noirs… s’est développée incroyablement rapidement, jusqu’à atteindre des dizaines de milliers de fois la taille de notre soleil.” – Daxal Mehta, Université de Maynooth.
Cette croissance rapide, appelée « accrétion de super-Eddington », a permis aux premiers trous noirs d’accumuler rapidement de la masse, atteignant des tailles de plusieurs dizaines de milliers de masses solaires. Bien que cela ne soit pas encore supermassif, cela fournit une longueur d’avance cruciale pour les fusions ultérieures qui formeraient à terme les géants du centre galactique que nous observons aujourd’hui.
Implications pour les modèles de graines de trous noirs
Auparavant, l’hypothèse dominante suggérait que seules les « graines lourdes » – des trous noirs nés avec une masse déjà importante – pouvaient croître suffisamment rapidement pour expliquer les données du JWST. Cette nouvelle recherche suggère que même les trous noirs de masse stellaire standard, dans de bonnes conditions, peuvent croître suffisamment rapidement pour relancer le processus de formation de trous noirs supermassifs.
L’avenir de la recherche
La vérification de cette théorie nécessitera de nouveaux outils d’observation. Les détecteurs d’ondes gravitationnelles, tels que la prochaine antenne spatiale à interféromètre laser (LISA), pourraient être capables de détecter les fusions de ces premiers trous noirs à croissance rapide, fournissant ainsi une preuve directe de la frénésie alimentaire proposée.
En conclusion, la découverte que les premiers trous noirs pourraient se développer à des rythmes extrêmes dans les conditions chaotiques du jeune univers offre une explication convaincante de leur présence inattendue. Cette recherche met non seulement en lumière la formation de trous noirs supermassifs, mais souligne également l’importance des simulations à haute résolution pour percer les mystères du cosmos primitif.
