Une « étoile à trou noir » repérée par James-Webb : voici ce qu'elle révèle sur l'Univers primordial

Fait crucial, l'énergie de l'objet ne provient pas de la fusion nucléaire, le processus qui alimente les étoiles ordinaires. À la place, le trou noir central est en pleine accrétion, c'est-à-dire qu'il consomme activement de la matière. En tombant dans le trou noir, le gaz s'échauffe, et cette chaleur immense rayonne à travers le cocon d'hydrogène, faisant briller toute la structure . Il en résulte un objet qui produit environ 100 milliards de fois plus d'énergie qu'une étoile typique — bien au-delà des limites de la fusion .

Les caractéristiques clés de MoM-BH*-1

Les astronomes ont mesuré avec précision plusieurs caractéristiques déterminantes de ce nouvel objet :

• Taille : Son enveloppe d'hydrogène gazeux s'étend sur un diamètre équivalent à celui de notre Système solaire .
• Masse : Le trou noir central pèse environ 100 000 masses solaires, et la masse totale de l'objet atteint environ 10⁶·³ masses solaires .
• Luminosité : Il libère environ 100 milliards de fois plus d'énergie qu'une étoile normale .
• Composition : Le gaz environnant est presque pur, composé d'hydrogène et d'hélium, avec pratiquement aucun « métal » (éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium) détectable . Son spectre présente une rupture de Balmer extrêmement profonde, une signature incompatible avec les atmosphères stellaires ordinaires .
• Source d'énergie : Son immense luminosité est alimentée par le trou noir central en accrétion active, et non par la fusion nucléaire .
• Distance et âge : MoM-BH*-1 est observé tel qu'il était seulement 660 millions d'années après le Big Bang, à un décalage vers le rouge (redshift) d'environ 7,76. Cela le situe à environ 13,1 milliards d'années-lumière de nous .

L'objet a été découvert dans le cadre du programme « Mirage or Miracle » (MoM) du JWST, un relevé initialement conçu pour traquer les toutes premières galaxies de l'Univers . L'équipe, dirigée par l'astronome du MIT Rohan Naidu, est tombée sur l'objet par hasard en examinant les images en champ profond du JWST .

Résoudre le mystère des « petits points rouges »

Depuis le début de ses opérations scientifiques, le JWST a régulièrement repéré des objets étranges, faibles, compacts et très rouges, disséminés dans les images de l'Univers primordial. Les astronomes les ont surnommés les « petits points rouges », et leur véritable nature a fait l'objet d'un débat intense .

La découverte de MoM-BH*-1 apporte un indice puissant. L'objet est ce que les chercheurs appellent une étoile à trou noir « nue ». Sa lumière provient presque entièrement de l'enveloppe gazeuse alimentée par le trou noir, avec une contamination négligeable d'une éventuelle galaxie hôte sous-jacente .

Fait crucial, MoM-BH*-1 se trouve à proximité d'une galaxie compagne. Des simulations informatiques montrent qu'après la fusion de l'étoile à trou noir avec cette galaxie — un événement qui devrait se produire environ 100 millions d'années après l'époque observée — son spectre correspondra étroitement à celui des petits points rouges que l'on voit incrustés à l'intérieur d'autres galaxies .

Cela suggère fortement que bon nombre des petits points rouges sont des étoiles à trou noir en cours de fusion avec leur galaxie hôte . Ils sont essentiellement les moteurs centraux de bébés quasars, cachés au sein de leurs galaxies hôtes alors qu'elles subissent des fusions cosmiques.

Ce modèle explique aussi élégamment pourquoi les petits points rouges semblent si compacts et si rouges. Le dense cocon d'hydrogène entourant le trou noir bloque efficacement la lumière à courte longueur d'onde (bleue) tout en laissant passer la lumière à plus grande longueur d'onde (rouge), produisant la couleur rouge caractéristique sans nécessiter de grandes quantités de poussière interstellaire, une autre hypothèse qui était en vogue .

Ce que cela signifie pour notre compréhension de l'Univers primordial

La découverte de MoM-BH*-1 ne se contente pas de résoudre un seul mystère. Elle propose un mécanisme plausible pour expliquer comment les trous noirs supermassifs ont pu atteindre des tailles colossales dans le laps de temps relativement court dont ils disposaient dans l'Univers primordial . En accrétant de la matière à un rythme effréné au sein de son dense cocon gazeux, une étoile à trou noir représente une phase de croissance rapide pour les trous noirs, une étape sur la voie vers les géants d'un milliard de masses solaires observés à des époques cosmiques encore plus reculées.

L'objet, décrit dans une étude co-écrite par des chercheurs de l'Institute of Science and Technology Austria (ISTA) et d'autres collaborateurs internationaux, fait désormais l'objet d'études de suivi intensives . Pour l'instant, MoM-BH*-1 se présente comme une découverte « unique en un milliard » — un aperçu rare d'un stade d'évolution cosmique jusqu'alors invisible, et un lien direct entre un hybride théorique d'étoile et de trou noir et les points rouges persistants qui parsèment les images les plus célèbres du JWST.