Les astronomes ont confirmé l'existence d'étoiles de trous noirs dans le premier milliard d'années de l'univers, sur la base d'observations du Télescope spatial James-Webb. Ces objets, connus sous le nom de petits points rouges, sont de vastes boules de gaz alimentées par des trous noirs centraux qui brillent comme des étoiles géantes. Cette découverte résout un mystère clé concernant ces galaxies compactes et brillantes.
Le Télescope spatial James-Webb (JWST) a révélé une population surprenante d'objets dans l'univers primitif, remontant à son premier milliard d'années. Surnommés petits points rouges (LRDs), ils apparaissent comme des galaxies extrêmement compactes, rouges et lumineuses, différentes de celles observées dans l'univers proche. Les théories initiales suggéraient qu'il s'agissait peut-être de trous noirs supermassifs entourés de poussière ou de galaxies densément remplies d'étoiles, mais aucune n'expliquait pleinement les motifs de lumière détectés.
Une équipe dirigée par Anna de Graaff à l'Université de Harvard a proposé une alternative : des étoiles de trous noirs. Ce sont des sphères denses de gaz avec un trou noir au cœur. Lorsque la matière s'accrète sur le trou noir, la libération d'énergie gravitationnelle fait briller le gaz environnant, imitant une étoile mais à une échelle massive — des milliards de fois plus brillante que le Soleil. « Quand la matière tombe dans le trou noir, beaucoup d'énergie gravitationnelle est libérée, et cela pourrait faire briller toute la boule de gaz autour comme une étoile », a expliqué de Graaff.
En analysant les spectres de plus de 100 LRDs, les chercheurs ont trouvé des motifs correspondant à la radiation de corps noir d'une surface lisse, similaire aux étoiles, plutôt qu'aux spectres complexes de galaxies avec des sources lumineuses mixtes. « Le modèle d'étoile de trou noir existe depuis un moment mais était considéré comme si étrange, mais il semble en fait fonctionner et être le plus sensé », a déclaré Jillian Bellovary au American Museum of Natural History à New York. Anthony Taylor à l'Université du Texas à Austin a ajouté : « C'est juste un cadre simple, mais il explique [les observations] vraiment très bien, sans avoir besoin de physique exotique réelle. »
Un LRD remarquable, surnommé « The Cliff », a montré des caractéristiques spectrales inexpliquées par les modèles antérieurs, renforçant le cas des étoiles de trous noirs. « Nous avons vu certaines caractéristiques dans le spectre qui ne pouvaient vraiment pas être expliquées par aucun de nos modèles existants », a noté de Graaff. Cependant, confirmer la présence du trou noir reste difficile en raison de l'enveloppe de gaz dense et obscure. La variabilité de la lumière, marque des trous noirs en accrétion, offre un test potentiel, bien que les limites d'observation du JWST entravent la surveillance à long terme.
Une étude de Fengwu Sun à Harvard a utilisé une lentille gravitationnelle pour observer un LRD à travers quatre images, couvrant 130 ans de temps de voyage de la lumière. Les variations de luminosité ressemblaient à celles d'étoiles pulsantes mais avec une plus grande amplitude, en accord avec l'idée d'étoile de trou noir. Si vérifié, ces objets pourraient représenter une phase nouvelle dans la croissance des trous noirs supermassifs, absente dans l'univers local. « Cela pourrait essentiellement être comme un nouveau mode de croissance... de ces trous noirs supermassifs », a suggéré de Graaff, bien que leur durée de vie et leur contribution en masse restent incertaines.