Le plus ancien et le plus ancien quasar découvert à plus de 13 milliards d’années-lumière

Représentation artistique d’un trou noir supermassif formant un quasar lumineux (crédit : NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva)

Le record du quasar le plus éloigné de la Terre jamais détecté est à nouveau battu. Cette fois-ci, les astronomes de l’Université d’Arizona ont en effet enregistré la présence d’un quasar à 13,03 milliards d’années-lumière de distance, soit un objet qui n’existait que 670 millions après le big bang.

Qu’est-ce qu’un quasar

Un quasar est un objet très lumineux, généralement situé au centre des galaxies, formé essentiellement par un trou noir supermassif, c’est-à-dire ces trous noirs dont la masse est des millions à des milliards de fois celle du Soleil, et par un disque de poussière, de matériaux et de gaz divers tourbillonnant autour de lui.
En tombant vers le trou noir et avant d’être « dévorés » par celui-ci, ces gaz et divers matériaux provoquent l’émission de rayonnements électromagnétiques à un niveau énorme, ce qui entraîne un niveau de luminosité tout aussi important.
C’est pourquoi les quasars sont les objets les plus lointains qui nous sont visibles, car ce sont des ampoules électriques du cosmos qui peuvent rayonner une luminosité inconcevable.

Trou noir supermassif de 1,6 milliard de soleils

Le quasar identifié par les chercheurs, qui ont publié leur découverte en détail sur Lettres de la revue AstrophysicalLe Soleil de l’Europe, qui a été créé en 1995, contenait un trou noir supermassif d’une masse équivalente à celle de 1,6 milliard de soleils.

Etrange vent sortant

En plus d’être le plus lointain et le plus ancien quasar jamais identifié, J0313-1806, c’est le nom de l’objet découvert par les chercheurs, montre également la présence d’un étrange vent sortant fait de gaz à très haute température. Ce gaz semble s’échapper du centre du quasar, puis du trou noir, à une très forte vitesse, un cinquième de la vitesse de la lumière, comme l’ont calculé les chercheurs.

Un niveau élevé de formation d’étoiles

Enfin, les chercheurs ont également noté une activité de formation d’étoiles très intense dans la galaxie qui abrite le quasar en son centre.
« C’est la première preuve de la façon dont un trou noir supermassif affecte la galaxie qui l’accueille autour de lui », explique Feige Wang, un astronome de l’Observatoire Steward de l’Université d’Arizona qui a participé à l’étude.

Record précédent d’environ 20 millions d’années-lumière battu.

Le quasar J0313-1806 bat le précédent record, d’environ vingt millions d’années-lumière, détenu par un autre quasar découvert il y a trois ans. Par rapport à l’ancienne, la J0313-1806 est également au moins deux fois plus lourde.

Comment les trous noirs peuvent-ils incorporer autant de matière en si peu de temps ?

Comme toute nouvelle découverte d’un quasar si ancien et si lointain, celle-ci renforce le doute sur la formation de trous noirs supermassifs aussi grands à un si jeune âge dans notre univers, et la question reste, sans réponse, toujours la même : comment de tels trous noirs accumulent-ils des matériaux pour devenir aussi grands en si peu de temps ?
Le Quasar J0313-1806 s’avère également trop grand, et donc un trou noir qui a accumulé trop de matière, pour être expliqué par les théories actuelles concernant la formation du trou noir.

Une « graine » de trou noir formée par un mécanisme inconnu.

Il est donc évident, même pour les astronomes, que la « graine » d’où est parti ce trou noir a dû se former par un mécanisme différent de celui supposé par les modèles de référence, comme le suggère Xiaohui Fan, professeur du département d’astronomie et autre auteur de l’étude. Ce mécanisme doit impliquer de très grandes quantités d’hydrogène primordial froid. Cet hydrogène devrait s’effondrer en totalité, et en très peu de temps, directement dans un petit trou noir qui, au cours des quelques centaines de millions d’années suivantes, prendra des proportions gargantuesques.
« Pour que le trou noir atteigne la taille que nous voyons avec J0313-1806, il faudrait qu’il ait commencé avec un trou noir de départ d’au moins 10 000 masses solaires, et cela ne serait possible que dans le scénario d’effondrement direct », explique encore Fan.

25 soleils par an

Les chercheurs détaillent enfin dans l’étude également le régime alimentaire de J0313-1806 avale une masse équivalente à celle de 25 soleils chaque année terrestre. Mais en même temps, sa galaxie hôte produit 200 masses solaires dans la même période, un taux de formation d’étoiles relativement élevé qui montre que c’était une galaxie qui se développait très rapidement à l’époque.

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