Le JWST découvre la plus proche paire de trous noirs supermassifs en pleine alimentation dans l'Univers jeune — et un trio dans une autre galaxie

Le télescope spatial James-Webb (JWST) vient de livrer deux découvertes majeures sur les trous noirs supermassifs de l'Univers primordial. D'un côté, une paire de trous noirs en pleine alimentation, extrêmement proches l'un de l'autre. De l'autre, et pour la première fois, un trio de trous noirs actifs dans une seule galaxie. Ensemble, ces résultats brossent le portrait d'un cosmos jeune où les trous noirs géants prospéraient grâce à de fréquentes fusions et interactions riches en gaz — et où la sensibilité infrarouge du JWST dévoile aujourd'hui des objets qui étaient totalement invisibles aux télescopes précédents.

La paire confirmée la plus proche : LID-1166

Le système nommé LID-1166 abrite deux trous noirs supermassifs en pleine phase d'alimentation, séparés d'environ 4 900 années-lumière (1,5 kiloparsec) . Il s'agit du système double de trous noirs actifs le plus rapproché jamais confirmé dans l'Univers primordial . On l'observe tel qu'il était lorsque l'Univers n'avait que 1,3 milliard d'années — soit environ 10 % de son âge actuel .

Pourquoi les télescopes précédents l'ont-ils manqué ? LID-1166 avait été repéré comme source de rayons X dans le relevé Chandra COSMOS Legacy, mais il restait totalement indétectable même dans les images les plus profondes du télescope Hubble . Les trous noirs sont enfouis dans d'épais nuages de gaz et de poussière qui bloquent la lumière visible et le proche infrarouge .

L'instrument clé du JWST : L'équipe, dirigée par Hyewon Suh (NSF NOIRLab), a utilisé le spectrographe proche infrarouge NIRSpec du JWST . Le NIRSpec a révélé deux sources compactes et brillantes séparées de 4 900 années-lumière, chacune présentant des signatures spectrales de gaz tourbillonnant à grande vitesse — des signes indubitables de trous noirs supermassifs en pleine alimentation (noyaux actifs de galaxies, ou AGN) . Le co-auteur Roberto Decarli a déclaré : « Cette étape de la découverte n'a été possible que grâce aux capacités d'imagerie et de spectroscopie exceptionnelles du JWST, et en particulier de son instrument NIRSpec. Des observations similaires depuis le sol seraient extrêmement difficiles en raison de la faible transparence de l'atmosphère à ces longueurs d'onde. »

Ce qu'ALMA a apporté : Le réseau ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) a détecté de vastes réservoirs de gaz froid associés à chaque AGN . Decarli a noté que cela « indique que les deux AGN résident au centre de deux galaxies sur le point de fusionner. » La présence d'un environnement galactique riche en gaz froid autour de chaque trou noir a permis d'écarter des scénarios de formation alternatifs exotiques et de confirmer une véritable fusion galactique riche en gaz . L'étude a été acceptée pour publication dans Nature Astronomy (prépublication arXiv:2607.19491) .

Une première distincte : Trois trous noirs actifs dans une même galaxie

Une étude simultanée, menée par Hannah Übler à l'Institut Max Planck de Physique Extraterrestre, a identifié trois trous noirs supermassifs en accrétion active au sein de la même galaxie, J0148-4214 . La galaxie se trouve à plus de 12,5 milliards d'années-lumière de la Terre (décalage vers le rouge z=5,0167), ce qui correspond à environ 1,2 milliard d'années après le Big Bang .

Configuration du trio : Deux des trous noirs sont situés très près l'un de l'autre au centre galactique, séparés de seulement 620 années-lumière en projection, ce qui suggère qu'ils sont sur le point de fusionner. Un troisième trou noir se trouve plus loin dans les régions externes de la galaxie, à environ 5 500 années-lumière du centre . Leurs masses vont de quelques millions à environ 80 millions de masses solaires .

Méthode de détection : L'équipe a utilisé le NIRSpec du JWST en mode unité de champ intégral (NIRSpec-IFS) — une spectroscopie résolue spatialement — pour détecter les trous noirs grâce à leurs empreintes spectrales. Chacun a été identifié par une émission H-alpha large (FWHM 430–2 920 km/s) sans contrepartie de raie interdite, une signature claire du gaz orbitant autour d'un trou noir massif .

C'est la première preuve de la présence de trois trous noirs supermassifs actifs dans une seule galaxie de l'Univers lointain . Hannah Übler a déclaré : « Cela suggère que les processus dans l'Univers primordial étaient efficaces pour rapprocher les trous noirs massifs, préparant le terrain pour les fusions de trous noirs massifs que nous espérons détecter avec les futurs observatoires d'ondes gravitationnelles. » L'étude a été publiée dans Astronomy & Astrophysics dans le cadre du projet BlackTHUNDER .

La portée de ces découvertes

Ensemble, ces deux résultats ouvrent une fenêtre inédite sur une phase cruciale de l'histoire cosmique. Ils montrent que les trous noirs supermassifs étaient non seulement présents, mais qu'ils fusionnaient et croissaient activement dans des environnements riches en gaz moins de 1,5 milliard d'années après le Big Bang. La capacité du JWST à voir à travers la poussière — en utilisant la lumière infrarouge que les longueurs d'onde plus courtes ne peuvent pas pénétrer — a été la clé pour dévoiler ces systèmes de trous noirs cachés. Comme le souligne l'étude sur LID-1166, les télescopes précédents comme Hubble étaient aveugles à ces objets, enveloppés dans le gaz et la poussière mêmes qui les alimentent .