De plus en plus de gens pensent que les trous noirs dans le premier univers peuvent avoir été les graines autour desquelles la plupart des grandes galaxies d'aujourd'hui (maintenant avec des trous noirs supermassifs à l'intérieur) ont d'abord grandi. Et en prenant un peu plus de recul, il se pourrait également que les trous noirs soient la clé de la réionisation du premier milieu interstellaire - qui a ensuite influencé la structure à grande échelle de l'univers d'aujourd'hui.
Pour récapituler ces premières années… Tout d'abord, le Big Bang - et pendant environ trois minutes tout était très compact et donc très chaud - mais après trois minutes, les premiers protons et électrons se sont formés et pendant les 17 minutes suivantes, une proportion de ces protons a interagi pour se former noyaux d'hélium - jusqu'à 20 minutes après le Big Bang, l'univers en expansion est devenu trop froid pour maintenir la nucléosynthèse. De là, les protons et les noyaux d'hélium et les électrons ont rebondi pendant les 380 000 prochaines années sous forme de plasma très chaud.
Il y avait aussi des photons, mais il y avait peu de chance que ces photons fassent autre chose que d'être formés et ensuite immédiatement réabsorbés par une particule adjacente dans ce plasma brûlant. Mais à 380 000 ans, l'univers en expansion s'est suffisamment refroidi pour que les protons et les noyaux d'hélium se combinent avec les électrons pour former les premiers atomes - et tout à coup, les photons se sont retrouvés avec un espace vide dans lequel se déclencher comme les premiers rayons lumineux - qui aujourd'hui nous peut toujours détecter comme arrière-plan cosmique micro-ondes.
Ce qui a suivi a été le soi-disant âge sombre jusqu'à environ un demi-milliard d'années après le Big Bang, les premières étoiles ont commencé à se former. Il est probable que ces étoiles étaient grandes, comme très grandes, car les atomes d'hydrogène (et d'hélium) frais et stables disponibles sont facilement agrégés et accrétés. Certaines de ces premières étoiles peuvent avoir été si grandes qu'elles se sont rapidement éclatées en supernovae à instabilité de paire. D'autres étaient tout simplement très gros et se sont effondrés dans des trous noirs - beaucoup d'entre eux avaient trop de gravité pour permettre à une explosion de supernova de faire exploser tout matériau de l'étoile.
Et c'est ici que commence l'histoire de la réionisation. Les atomes d'hydrogène frais et stables du premier milieu interstellaire ne sont pas restés froids et stables très longtemps. Dans un univers plus petit plein d'étoiles massives densément emballées, ces atomes ont été rapidement réchauffés, provoquant la dissociation de leurs électrons et de la reconstitution de leurs noyaux en ions libres. Cela a créé un plasma de faible densité - encore très chaud, mais trop diffus pour être opaque à la lumière.
Il est probable que cette étape de réionisation a ensuite limité la taille à laquelle de nouvelles étoiles pourraient se développer - tout en limitant les possibilités de croissance de nouvelles galaxies - car les ions chauds et excités sont moins susceptibles de s'agréger et de s'accréter que les atomes froids et stables. La réionisation a peut-être contribué à la distribution «grumeleuse» actuelle de la matière - qui est organisée en galaxies discrètes généralement grandes plutôt qu’une répartition uniforme des étoiles partout.
Et il a été suggéré que les premiers trous noirs - en fait des trous noirs dans les binaires à rayons X de grande masse - pourraient avoir contribué de manière significative à la réionisation de l'univers primitif. La modélisation informatique suggère que le premier univers, avec une tendance aux étoiles très massives, serait beaucoup plus susceptible d'avoir des trous noirs comme restes stellaires, plutôt que des étoiles à neutrons ou des naines blanches. De plus, ces trous noirs seraient plus souvent dans des binaires qu'isolés (car les étoiles massives forment plus souvent des systèmes multiples que les petites étoiles).
Donc, avec un binaire massif où l'un des composants est un trou noir - le trou noir commencera rapidement à accumuler un grand disque d'accrétion composé de matière tirée de l'autre étoile. Ensuite, ce disque d'accrétion commencera à émettre des photons de haute énergie, en particulier aux niveaux d'énergie des rayons X.
Bien que le nombre de photons ionisants émis par un trou noir accrétant soit probablement similaire à celui de son étoile progénitrice lumineuse et lumineuse, il devrait émettre une proportion beaucoup plus élevée de photons de rayons X à haute énergie - chacun de ces photons pouvant chauffer et ioniser plusieurs atomes sur son chemin, tandis que le photon d'une étoile lumineuse pourrait seulement réioniser un ou deux atomes.
Alors voilà. Trous noirs… y a-t-il quelque chose qu’ils ne peuvent pas faire?
Lectures complémentaires: Mirabel et al trous noirs stellaires à l'aube de l'univers.
