Une ancienne collision de trous noirs repérée s'est produite peu de temps après le Big Bang

Le télescope spatial Webb, à la pointe de la technologie, a repéré la fusion de trous noirs la plus lointaine à ce jour, survenue alors que l'univers n'avait que 740 millions d'années. C'est la première fois que les astronomes assistent à une fusion aussi tôt dans l'histoire de l'univers, ce qui en fait un record.

Les trous noirs sont des objets massifs disséminés dans tout notre univers ; leurs champs gravitationnels sont si puissants que même la lumière ne peut s'échapper de leurs horizons d'événements. Les fusions de trous noirs sont exactement ce à quoi elles ressemblent : des danses lentes et terribles entre deux objets, souvent au centre de leurs galaxies respectives, pour finalement fusionner en un seul objet.

La récente observation de la fusion a été réalisée par une équipe d'astronomie en mai 2023 à l'aide de l'instrument NIRSpec-IFU du télescope Webb. La rencontre cosmique des trous s'est produite lorsque l'univers avait environ trois quarts de milliard d'années (pour référence, l'univers a maintenant 13 milliards d'années de plus que cela !), dans un système galactique appelé ZS7.

La fusion a été repérée grâce aux caractéristiques spectrographiques des trous noirs en accrétion (ceux qui absorbent activement de la matière) qui ne sont pas visibles par les télescopes au sol. Heureusement, Webb se trouve en L2, une région de l’espace située à 1 million de kilomètres de la Terre, d’où il peut scruter encore plus profondément l’univers.

"Nos résultats suggèrent que la fusion est une voie importante par laquelle les trous noirs peuvent se développer rapidement, même à l'aube cosmique", a déclaré Hannah Übler, astronome à l'Université de Cambridge et auteur principal de l'étude, dans un communiqué de l'ESA . "Avec d'autres découvertes de Webb sur des trous noirs actifs et massifs dans l'Univers lointain, nos résultats montrent également que les trous noirs massifs ont façonné l'évolution des galaxies depuis le tout début."

La vision de Webb est si nette que l'équipe a pu séparer spatialement les deux trous noirs, révélant ainsi certaines de leurs caractéristiques physiques. L’un des trous fait environ 50 millions de fois la masse du Soleil, tandis que l’autre est obscurci par un nuage dense de gaz. L'article complet de l'équipe sur la découverte a été publié aujourd'hui dans les Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

Lorsque les trous noirs fusionnent, ils envoient des ondes de choc gravitationnelles qui compriment et étirent l’espace-temps sur des milliards d’années-lumière. Ces ondes sont détectées par des observatoires comme ceux gérés par la collaboration LIGO-Virgo-KAGRA, dont une partie a détecté pour la première fois des ondes gravitationnelles en 2015 .

Cependant, un avenir meilleur se profile à l’horizon pour la compréhension de l’univers gravitationnel. L'ESA a officiellement adopté l'antenne spatiale à interféromètre laser (LISA), un observatoire spatial d'ondes gravitationnelles, en janvier, ouvrant ainsi la voie au lancement et à l'exploitation éventuels du vaisseau spatial.

"Les résultats de Webb nous indiquent que les systèmes plus légers détectables par LISA devraient être beaucoup plus fréquents qu'on ne le pensait auparavant", a déclaré Nora Luetzgendorf, scientifique principale du projet LISA à l'Agence spatiale européenne, dans le même communiqué. « Cela nous obligera très probablement à ajuster nos modèles pour les taux LISA dans cette plage de masse. Ce n’est que la pointe de l’iceberg. »

Ensemble, la prochaine génération de télescopes spatiaux révèle les premiers trous noirs, mais aussi leur fréquence dans l’univers. Résoudre les énigmes des trous noirs – comment ils se développent, interagissent avec et façonnent les régions environnantes – aidera les astrophysiciens à comprendre certains des mystères les plus fondamentaux de l'univers.

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