L'observatoire de rayons X Chandra de la NASA a obtenu des preuves définitives qu'un quasar éloigné formé moins d'un milliard d'années après le Big Bang contient un trou noir supermassif adulte générant de l'énergie au rythme de vingt billions de soleils. L'existence de tels trous noirs massifs à cette première époque de l'Univers remet en question les théories de la formation de galaxies et de trous noirs supermassifs.
Les astronomes Daniel Schwartz et Shanil Virani du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics à Cambridge, MA ont observé le quasar, connu sous le nom de SDSSp J1306, qui est à 12,7 milliards d'années-lumière. Puisque l'Univers est estimé à 13,7 milliards d'années, nous voyons le quasar tel qu'il était un milliard d'années après le Big Bang. Ils ont découvert que la distribution des rayons X avec l'énergie, ou spectre des rayons X, est indiscernable de celle des quasars plus anciens et proches. De même, la luminosité relative aux longueurs d'onde optiques et aux rayons X du SDSSp J1306 était similaire à celle du groupe de quasars à proximité. Les observations optiques suggèrent que la masse du trou noir est d'environ un milliard de masses solaires.
Des preuves d'un autre trou noir supermassif de l'époque précoce ont été publiées précédemment par une équipe de scientifiques du California Institute of Technology et du Royaume-Uni utilisant le satellite à rayons X XMM-Newton. Ils ont observé le quasar SDSSp J1030 à une distance de 12,8 milliards d'années-lumière et ont trouvé essentiellement le même résultat pour le spectre des rayons X que les scientifiques du Smithsonian ont trouvé pour SDSSp J1306. L'emplacement et le spectre précis de Chandra pour le SDSSp J1306 avec presque les mêmes propriétés éliminent toute incertitude persistante quant à l'existence de trous noirs supermassifs précoces.
"Ces deux résultats semblent indiquer que la façon dont les trous noirs supermassifs produisent des rayons X est restée essentiellement la même depuis une date très précoce dans l'Univers", a déclaré Schwartz. "Cela implique que le moteur central du trou noir dans une galaxie massive s'est formé très peu de temps après le Big Bang."
Les astronomes s'entendent généralement pour dire que le rayonnement X provenant du voisinage des trous noirs supermassifs est produit lorsque le gaz est tiré vers un trou noir et chauffé à des températures allant de millions à des milliards de degrés. La majeure partie du gaz infaillible est concentrée dans un disque en rotation rapide, dont la partie intérieure a une atmosphère chaude ou corona où les températures peuvent monter à des milliards de degrés.
Bien que la géométrie précise et les détails de la production de rayons X ne soient pas connus, les observations de nombreux quasars, ou trous noirs supermassifs, ont montré que beaucoup d'entre eux ont des spectres de rayons X très similaires, en particulier à des énergies de rayons X élevées. Cela suggère que la géométrie et le mécanisme de base sont les mêmes pour ces objets.
La similitude remarquable des spectres de rayons X des jeunes trous noirs supermassifs avec ceux des trous beaucoup plus anciens signifie que les trous noirs supermassifs et leurs disques d'accrétion étaient déjà en place moins d'un milliard d'années après le Big Bang. Une possibilité est que des millions de 100 trous noirs de masse solaire se soient formés à partir de l'effondrement d'étoiles massives dans la jeune galaxie, et ont ensuite construit un trou noir de masse solaire d'un milliard de milliards au centre de la galaxie par le biais de fusions et d'accrétion de gaz.
Pour répondre à la question de savoir comment et quand des trous noirs supermassifs se sont formés, les astronomes prévoient d'utiliser les expositions très profondes de Chandra et d'autres levés pour identifier et étudier les quasars à des âges encore plus anciens.
L'article de Schwartz et Virani sur le SDSSp J1306 a été publié dans le numéro du 1er novembre 2004 de The Astrophysical Journal. L'article de Duncan Farrah et ses collègues sur le SDSS J1030 a été publié dans le numéro du 10 août 2004 de The Astrophysical Journal.
Chandra a observé le J1306 avec son instrument Advanced CCD Imaging Spectrometer (ACIS) pendant environ 33 heures en novembre 2003. Le Marshall Space Flight Center de la NASA, à Huntsville, en Alberta, gère le programme Chandra pour le Bureau des sciences spatiales de la NASA, Washington. Northrop Grumman de Redondo Beach, Californie, anciennement TRW, Inc., était le principal entrepreneur de développement de l'observatoire. Le Smithsonian Astrophysical Observatory contrôle les opérations scientifiques et aériennes du Chandra X-ray Center à Cambridge, Mass.
Des informations supplémentaires et des images sont disponibles sur:
http://chandra.harvard.edu et http://chandra.nasa.gov
Source d'origine: Chandra News Release
