Le duo cosmique le plus serré : des trous noirs supermassifs à 4900 années-lumière l'un de l'autre, observés par James-Webb

Le coup de génie de James-Webb : NIRSpec

Pour percer ce brouillard, l'équipe a utilisé l'instrument NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) de James-Webb. Le NIRSpec est capable de voir dans l'infrarouge moyen, là où Hubble est aveugle. Il a révélé deux sources compactes et brillantes séparées de 4 900 années-lumière. Le spectre de chacune de ces sources montre des signatures de gaz tourbillonnant à très grande vitesse, une signature infaillible d'un trou noir supermassif en train de se nourrir .

« Cette étape de la découverte n'a été possible que grâce aux capacités d'imagerie et de spectroscopie exquises du JWST, et en particulier de son instrument NIRSpec. Des observations similaires depuis le sol seraient extrêmement difficiles en raison de la mauvaise transparence de l'atmosphère à ces longueurs d'onde. » — Roberto Decarli, co-auteur de l'étude .

ALMA confirme : ce sont deux galaxies qui fusionnent

L'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) a ensuite apporté la touche finale : il a détecté de vastes réservoirs de gaz froid associés à chaque noyau actif . Cela a permis de trancher entre deux hypothèses. Il ne s'agit pas de deux trous noirs dans un même disque de gaz, mais bien de deux galaxies riches en gaz en train de fusionner, chacune abritant son propre trou noir supermassif. Cette abondance de gaz froid est d'ailleurs une aubaine : elle fournit le « combustible » qui explique pourquoi les trous noirs grandissent si vite dans l'Univers jeune.

Et ce n'est pas tout : un trio de géants dans une autre galaxie

Une seconde étude, publiée simultanément et menée par Hannah Übler (Institut Max Planck de physique extraterrestre), a identifié trois trous noirs supermassifs actifs dans une seule et même galaxie, J0148-4214 .

Distance et époque : Cette galaxie se trouve à plus de 12,5 milliards d'années-lumière de la Terre, ce qui correspond à environ 1,2 milliard d'années après le Big Bang (redshift z = 5,0167) .

Configuration : Deux trous noirs sont très proches au centre galactique, séparés de seulement 620 années-lumière en projection, semblant prêts à fusionner. Un troisième se trouve plus loin, à environ 5 500 années-lumière du centre .

Détection : Là encore, c'est le NIRSpec de James-Webb (en mode champ intégral) qui a permis de détecter chaque trou noir grâce à la signature spectrale large de l'hydrogène alpha (Hα), sans raie interdite correspondante. C'est un signe de gaz ionisé tournant à très grande vitesse autour d'un trou noir massif .

« Cela suggère que les processus dans l'Univers primitif étaient efficaces pour rapprocher les trous noirs massifs, ouvrant la voie aux fusions de trous noirs massifs que nous espérons détecter avec les futurs observatoires d'ondes gravitationnelles. » — Hannah Übler .

En résumé : une nouvelle fenêtre sur la jeunesse de l'Univers

Ces deux découvertes, LID-1166 et J0148-4214, esquissent un portrait de l'Univers jeune où les trous noirs supermassifs grandissent de façon fulgurante grâce à des fusions fréquentes et à des interactions riches en gaz. Grâce à la sensibilité infrarouge unique de James-Webb, des paires et trios de trous noirs, jusqu'alors complètement invisibles pour les télescopes précédents comme Hubble, sont enfin dévoilés. L'étude de LID-1166 est publiée dans la revue Nature Astronomy (prépublication arXiv:2607.19491) ; celle de J0148-4214 dans Astronomy & Astrophysics .