Une nouvelle simulation cosmologique suggère que les amas stellaires denses dans l'univers primitif pourraient avoir formé des graines pour les trous noirs supermassifs par des fusions incontrôlées. Ce travail aborde la manière dont ces objets massifs ont grandi rapidement après la naissance de l'univers et pourrait expliquer les mystérieux 'petits points rouges' observés par le télescope spatial James Webb. Dirigé par Fred Garcia à l'Université Columbia, l'étude recrée les 700 premiers millions d'années de l'histoire cosmique.
Les trous noirs supermassifs résident au cœur de presque toutes les 2 billions de galaxies de l'univers. Ces monstres se sont formés peu après la naissance de l'univers et ont grandi jusqu'à des millions ou des milliards de fois la masse du Soleil en moins d'un milliard d'années, déconcertant les astronomes.
Le mystère s'est approfondi en 2022 lorsque le télescope spatial James Webb (JWST) a détecté des 'petits points rouges' dans des images de l'univers lointain. Ces points apparaissent environ 600 millions d'années après la naissance de l'univers et se sont estompés dans le milliard d'années suivant, de nombreux scientifiques les considérant désormais comme des trous noirs supermassifs en croissance apparaissant plus tôt que prévu.
Fred Garcia, étudiant de troisième cycle à l'Université Columbia, a dirigé une étude publiée dans The Open Journal of Astrophysics (DOI : 10.33232/001c.145064). Elle soutient l'idée que les amas stellaires denses ont formé des graines de trous noirs de masse intermédiaire. 'Actuellement, il y a trois idées principales sur la formation des graines de trous noirs supermassifs : effondrement direct de nuages de gaz, restes des premières étoiles et amas stellaires denses', a déclaré Garcia. 'Notre travail soutient vraiment le dernier cas.'
La simulation s'est concentrée sur la formation d'une galaxie naine dans les 700 premiers millions d'années, révélant deux sursauts de formation d'étoiles dans des nuages de gaz froid au sein d'un halo de matière noire. Les amas ont migré vers le centre, fusionnant en un amas stellaire nucléaire brillant comme un million de soleils. Certains nuages ont converti jusqu'à 80 % du gaz en étoiles, dépassant largement les 2 % dans les galaxies modernes.
Les étoiles dans l'amas dense ont explosé, laissant des trous noirs qui ont sombré vers le cœur et fusionné à plusieurs reprises. 'Tous les trous noirs de masse stellaire qui migrent vers le centre... finissent par former leur propre amas incroyablement dense et lié gravitationnellement', a déclaré Matías Liempi Gonzalez de l'Université Sapienza de Rome, qui n'a pas participé. Ce processus incontrôlé pourrait créer des embryons de trous noirs supermassifs.
Priyamvada Natarajan de l'Université Yale, également non impliquée, a noté que les résultats s'alignent avec son travail théorique de 2014 sur la croissance des trous noirs dans de tels amas. La simulation pourrait expliquer les observations du JWST d'amas stellaires à 460 et 600 millions d'années après le Big Bang, avec des observations futures du JWST et de la mission LISA pouvant confirmer le lien.