Une équipe conduite par Rohan Naidu a repéré dans l’univers primordial, 660 millions d’années après le Big Bang, un objet nommé MoM-BH*-1. Sa taille comparable au Système solaire et son rayonnement extrême évoquent un trou noir massif entouré d’une enveloppe gazeuse, une piste pour expliquer les petits points rouges du télescope James Webb.
L’objet MoM-BH*-1, détecté sur des images du télescope spatial James Webb (JWST), apparaît comme un point rouge de forte intensité lumineuse. Situé dans l’univers primordial, 660 millions d’années après le Big Bang, il présente une étendue comparable à celle du Système solaire. Le rayonnement émis, environ 100 milliards de fois celui d’une étoile ordinaire, dépasse les capacités de la fusion nucléaire.
Un trou noir dans une enveloppe stellaire
Les données spectroscopiques ont été recueillies dans le cadre du programme d’observation « Mirage or Miracle » (MoM), conçu pour rechercher des galaxies anciennes à partir des champs profonds du JWST. L’analyse a révélé la rupture de Balmer la plus profonde jamais mesurée à un décalage vers le rouge donné. Le spectre est dominé par l’hydrogène et l’enveloppe est modélisée comme riche en hydrogène et quasi sans poussière.
La rupture de Balmer correspond à une diminution brusque du flux dans une partie du spectre, souvent associée à un gaz d’hydrogène dense. Les propriétés mesurées écartent une explication stellaire conventionnelle. Il n’y a donc pas quasi-absence d’éléments lourds.
« Nous pensons qu’il y a en son centre un trou noir dont la masse est 100 000 fois celle du Soleil », a déclaré Rohan Naidu, chercheur NASA Hubble Fellow et Pappalardo Fellow à l’Institut Kavli d’astrophysique et de recherche spatiale du MIT. Les caractéristiques de l’objet laissent supposer une enveloppe gazeuse très étendue, qui ressemble à une étoile de la taille du Système solaire.
- Distance temporelle : 660 millions d’années après le Big Bang.
- Étendue : comparable au Système solaire.
- Énergie émise : environ 100 milliards de fois celle d’une étoile ordinaire.
- Masse centrale estimée : 100 000 fois celle du Soleil.
Une énergie tirée de l’accrétion
Des simulations informatiques ont été comparées aux observations. Un modèle associant un trou noir massif en accrétion et une vaste enveloppe de gaz hydrogène reproduit la luminosité et les signatures spectrales de MoM-BH*-1. Contrairement à une étoile ordinaire, dont l’énergie provient de réactions thermonucléaires, l’objet puiserait sa puissance dans la matière absorbée par le trou noir central. Le gaz environnant donnerait à l’ensemble son apparence stellaire.
Sur deux mois d’observations, la luminosité a augmenté d’environ 30 %. La variation est cohérente avec un trou noir en croissance, se nourrissant de la matière proche.
Une piste pour les petits points rouges
La détection de MoM-BH*-1 offre une lecture possible des « petits points rouges » repérés par le JWST dans les champs profonds. Les sources compactes, qui semblent absentes des périodes cosmiques plus récentes, restaient difficiles à interpréter. Les chercheurs soupçonnent que plusieurs d’entre elles correspondent à des étoiles à trou noir nichées dans des galaxies primitives.
« Chaque petit point rouge est compatible avec une étoile à trou noir, nichée dans une galaxie primitive ordinaire », précise Rohan Naidu. Pour MoM-BH*-1, la lumière de l’étoile à trou noir domine au point que la galaxie hôte n’est plus perceptible, laissant apparaître uniquement la source centrale.
D’autres relevés spectroscopiques devront déterminer si la configuration observée pour MoM-BH*-1 se retrouve à plus large échelle. Les prochains cycles d’observation du JWST devraient fournir des spectres plus profonds pour confirmer la fréquence de tels objets. Une population de configurations hybrides, intermédiaires entre étoile et trou noir, modifierait la compréhension des premières centaines de millions d’années de l’histoire cosmique.
