Révélation : les mystérieux « points rouges » découverts par le télescope James-Webb seraient bien des étoiles à trou noir !

En observant dans l’infrarouge et avec un miroir de taille conséquente, le télescope spatial James-Webb est équipé pour sonder des strates de lumière datant de plus de 13 milliards d’années, qui étaient peu accessibles au télescope Hubble.

Mais le JWST peut aussi sonder des strates un peu plus jeunes et faire des découvertes qui échappaient à Hubble, notamment des objets trop peu lumineux pour son miroir de taille plus petite et donc moins capable de collecter des photons décalés vers le rouge par l’expansion du cosmos observable et issus de certains objets encore inconnus.

Les étranges Little Red Dots

Ces dernières années, on a vu une illustration de ces phénomènes avec une découverte du télescope spatial James-Webb (JWST), qui rend depuis un peu perplexes les astrophysiciens et les cosmologistes : les fameux Little Red Dots (LRD) ou « petits points rouges » en français.

Une équipe d’astronomes a analysé les données du télescope spatial James-Webb issues de plusieurs relevés afin de constituer l’un des plus grands échantillons de « petits points rouges » (LRD) à ce jour. L’équipe avait découvert que ces mystérieux objets rouges, apparemment petits dans le ciel, émergent en grand nombre environ 600 millions d’années après le Big Bang et connaissent un déclin rapide de leur nombre environ 1,5 milliard d’années après celui-ci. Les données spectroscopiques de certains LRD de leur échantillon, fournies par le relevé Rubies (Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey), suggèrent que nombre d’entre eux sont des trous noirs en accrétion. Cependant, des études plus approfondies sur ces objets intrigants sont nécessaires. © Nasa, ESA, CSA, STScI, Dale Kocevski (Colby College)

Il s’agissait de plus de 300 objets observés dans l’infrarouge, tels qu’ils étaient environ 600 millions d’années après le Big Bang. Il doit s’agir d’astres de grande taille, particulièrement lumineux.

Les premières interprétations théoriques suggéraient, d’une part, que ces astres étaient entourés de nuages de gaz et de poussières (d’où leur couleur anormalement rouge) et, d’autre part, qu’il s’agissait probablement de trous noirs supermassifs accrétant de la matière au cœur des galaxies, comme les quasars.

Seulement voilà, il faudrait pour cela admettre que de tels objets dans de grandes galaxies se sont formés en grand nombre tôt dans l’histoire du cosmos observable, ce qui ne semble pas forcément compatible avec le modèle cosmologique standard avec la matière noire, même si personne n’en sait rien au fond. Autre problème mais moins riche en conséquences révolutionnaires, des trous noirs supermassifs en phase d’accrétion devraient rayonner copieusement en rayons X et, jusqu’à présent, cela ne semblait pas être le cas avec les LRD.

Les perspectives à ce sujet viennent un peu de changer avec un article publié dans The Astrophysical Journal Letters et dont une version en accès libre se trouve sur arXiv.

Cette image d’un objet particulier, surnommé le « point X », représente une découverte de Chandra qui pourrait contribuer à expliquer la nature d’une mystérieuse classe de sources dans l’Univers primordial. L’image optique et infrarouge de Hubble montre la région autour du point X, tandis que l’image en rayons X de Chandra en présente un gros plan. Avant cette découverte, on ignorait que les « petits points rouges » observés par le télescope Webb émettaient des rayons X. Celui-ci en émet, ce qui amène les chercheurs à proposer que le point X représente une phase de transition jusque-là inconnue de la croissance de trous noirs supermassifs. © Rayons X : Nasa, CXC, Institut Max Planck, R. Hviding et al. ; Optique/IR : Nasa, ESA, STScI, HST ; Traitement d’image : Nasa, CXC, SAO, N. Wolk

Des trous noirs massifs en transition ?

En effet, il s’est avéré, en fouillant dans les archives des observations du satellite Chandra de la Nasa observant en rayon X, qu’un objet que nous voyons aujourd’hui tel qu’il était il y a environ 12 milliards d’années avait déjà des caractéristiques de LRD, même si l’on peut parler aussi avec lui de « petit point X ».

Il fait dire dans un communiqué de la Nasa à Raphael Hviding, auteur principal de l’étude et chercheur à l’Institut Max-Planck d’astronomie en Allemagne : « Les astronomes tentent de comprendre la nature de ces petits points rouges depuis plusieurs années. Cet unique objet à rayons X pourrait bien être la clé de voûte de notre compréhension. »

Le PPX se nomme 3DHST-AEGIS-12014 et il semble apporter de l’eau au moulin des astrophysiciens qui pensent que les LRD sont des trous noirs massifs en transition vers des trous noirs supermassifs classiques. Il s’agirait donc bien de ces astres compacts, mais enfouis dans un halo de gaz si dense, qu’ils ne permettaient pas à la lumière ultraviolette et aux rayons X émis par la matière orbitant autour du trou noir de s’échapper.

Toutefois, dans le cas de 3DHST-AEGIS-12014, on observe – en plus des caractéristiques classiques des LRD – des fluctuations du rayonnement X émis par l’objet, qui peuvent être interprétées comme la manifestation de régions moins denses dans un halo de gaz, sous la forme d’un nuage en rotation.

Ce nuage se comporterait même comme une atmosphère stellaire autour du trou noir central en transition vers un trou noir supermassif. C’est pour cette raison que certains astronomes ont qualifié ce scénario d’« étoile à trou noir » pour les LRD.