Des astronomes de l'Université de Maynooth ont expliqué comment les trous noirs supermassifs se sont formés rapidement après le Big Bang grâce à des simulations de galaxies primordiales chaotiques. Ces conditions ont permis à de petits trous noirs de croître rapidement en dévorant du gaz à des taux extraordinaires. Les résultats correspondent aux observations du télescope spatial James Webb.
L'un des mystères persistants de l'astronomie — comment les trous noirs supermassifs ont atteint des tailles immenses si peu de temps après la naissance de l'univers — pourrait avoir une solution, selon une étude de chercheurs de l'Université de Maynooth en Irlande. Publiée dans Nature Astronomy, la recherche utilise des simulations avancées pour montrer que les environnements turbulents et riches en gaz des galaxies primordiales ont déclenché une croissance explosive des trous noirs initiaux. L'équipe, dirigée par le doctorant Daxal Mehta au Département de physique, s'est concentrée sur les trous noirs formés seulement quelques centaines de millions d'années après le Big Bang. «Nous avons découvert que les conditions chaotiques qui existaient dans l'univers primordial ont déclenché une croissance des trous noirs précoces et plus petits vers les trous noirs supermassifs que nous voyons plus tard après une frénésie alimentaire qui a dévoré la matière autour d'eux », a expliqué Mehta. Ces simulations révèlent que les trous noirs «graines légères» dits, commençant à 10 à quelques centaines de fois la masse du Soleil, se sont étendus à des dizaines de milliers de masses solaires. Cela s'est produit via une accrétion super-Eddington, où les trous noirs ont ingéré de la matière plus vite que les limites typiques de rayonnement ne le permettraient, défiant les hypothèses précédentes selon lesquelles seules les graines lourdes plus grandes — jusqu'à 100 000 masses solaires dès le départ — pouvaient atteindre de telles échelles. «Ces trous noirs minuscules étaient auparavant considérés comme trop petits pour croître jusqu'aux trous noirs géants observés au centre des galaxies primordiales », a noté Mehta. «Ce que nous avons montré ici est que ces trous noirs précoces, bien que petits, sont capables de croître de manière spectaculaire rapide, dans les bonnes conditions. » Le travail aborde les énigmes du télescope spatial James Webb, qui a repéré des trous noirs massifs plus tôt que prévu. «Cette avancée résout l'un des grands mystères de l'astronomie », a déclaré le Dr Lewis Prole, membre de l'équipe. Le responsable Dr John Regan a ajouté : «Les graines lourdes sont un peu plus exotiques... Nos simulations montrent que des trous noirs de masse stellaire 'ordinaires' peuvent croître à des taux extrêmes dans l'univers primordial. » L'univers primordial semble plus dynamique que prévu, avec une population plus importante de tels trous noirs. Cela pourrait façonner les attentes pour la mission Laser Interferometer Space Antenna en 2035, qui pourrait détecter les fusions de ces premiers croissants via des ondes gravitationnelles.