Les « little red dots » de James-Webb : trois pistes pour comprendre les trous noirs géants de l’Univers jeune

Les trois travaux esquissent une réponse à plusieurs étages, plutôt qu’une explication unique : des trous noirs de l’Univers jeune auraient pu démarrer avec des graines pré-stellaires très massives, puis grossir grâce à une accrétion de gaz extrêmement efficace et, dans des galaxies en interaction, par des fusions. Les « little red dots » — de petites sources rouges compactes détectées par le télescope spatial James-Webb (JWST) — pourraient ainsi être les balises de cette phase de croissance accélérée. Rien ne permet encore d’affirmer qu’elles ont toutes la même origine.

Des graines « pas tout à fait primordiales »

Une proposition théorique avance que de modestes surdensités de matière noire auraient pu concentrer du gaz à une époque très précoce. Le fond diffus cosmologique — le rayonnement fossile du Big Bang — était alors encore suffisamment chaud pour empêcher ce gaz de refroidir, de se fragmenter et de former des étoiles ordinaires. Le gaz aurait pu s’effondrer directement en trous noirs avant l’apparition de populations stellaires. 8

Ces objets seraient donc apparus plus tard que les hypothétiques trous noirs primordiaux, censés naître dans les tout premiers instants de l’Univers, mais plus tôt que les graines classiques produites par la mort d’étoiles. Leur masse initiale plus importante aiderait à expliquer comment certains quasars ont pu devenir gigantesques si vite. Cette voie reste toutefois une hypothèse : aucune graine de ce type n’a été observée directement. 8

Des paires de « little red dots » qui pourraient annoncer des fusions

Une analyse de la campagne COSMOS-Web a repéré quatre paires candidates de « little red dots », séparées sur le ciel de 0,2 à 1,2 seconde d’arc. Ce résultat suggère un excès de regroupement à petite échelle. 14

Si la spectroscopie confirme que les deux membres de chaque paire se trouvent bien au même décalage vers le rouge — donc à une distance cosmologique comparable — et abritent des trous noirs en train d’accréter de la matière, les interactions galactiques pourraient rapprocher leurs noyaux. Elles favoriseraient des arrivées de gaz vers les centres, puis, à terme, la fusion des trous noirs. Ce mécanisme ajouterait une voie de croissance hiérarchique à la simple accrétion. 14

La prudence reste indispensable : une paire candidate n’est pas encore la preuve d’une association physique, encore moins d’une future coalescence de trous noirs. Ces étapes doivent être établies séparément. 14

MoM-BH*-1, l’exemple d’une « étoile à trou noir »

L’objet MoM-BH*-1 illustre directement comment un trou noir précoce en croissance rapide peut prendre l’apparence d’une source rouge, compacte et presque stellaire. Son spectre est mieux reproduit par un modèle de vaste enveloppe gazeuse dense, alimentée énergétiquement par un trou noir central en accrétion, que par la fusion nucléaire normale d’une étoile. 1

Dans le modèle présenté, le trou noir central atteindrait environ 100 000 masses solaires. Il serait entouré d’un immense cocon dense d’hydrogène, d’une taille comparable à celle du Système solaire : une graine déjà « lourde », et non le simple vestige d’une étoile ordinaire. 1

Une combinaison de trois accélérateurs

L’idée d’ensemble est que les premiers trous noirs supermassifs ont peut-être bénéficié de trois facteurs réunis :

• des graines initiales massives ;
• une alimentation en gaz soutenue, possiblement en partie dissimulée par ce gaz ;
• une croissance stimulée par les fusions.

Ce tableau est moins radical que l’hypothèse d’une immense population de trous noirs créés dans les premiers instants du Big Bang. Mais il exige tout de même des environnements rares dans lesquels la formation normale d’étoiles est freinée et où le gaz se concentre avec une grande efficacité.

Les résultats restent complémentaires et préliminaires : le premier scénario est théorique, les paires doivent être confirmées, et MoM-BH*-1 pourrait ne représenter qu’une catégorie parmi les « little red dots », plutôt que l’ensemble de cette population. 8141