D’étranges trous noirs pourraient révéler les secrets des débuts de l’univers

Les grands trous noirs ne se trouvent pas toujours au cœur des galaxies massives. Des observations récentes (et des modèles informatiques) suggèrent que certaines se trouvent au centre des galaxies naines.

Alfred Pasieka/Photothèque scientifique/Getty Images Plus

Par Ashley Yeager

il y a 11 heures

Un trou noir au cœur de notre galaxie est un monstre affamé. Ce puits de matière super dense pèse jusqu’à 4 millions de soleils. L’attraction de sa gravité est si forte qu’elle a avalé presque tout ce qui l’entourait. Et il devient de plus en plus lourd à mesure qu’il mange. En ce sens, le trou noir central de la Voie lactée ressemble beaucoup au mythique Kammapa du peuple Sotho d’Afrique australe.

Mais ce n'est pas seul.

Des trous noirs supermassifs similaires se trouvent au centre de presque toutes les galaxies connues. Chacun d'entre eux a une masse qui est des milliers, des millions, parfois même des milliards, de fois celle de notre soleil. Pendant des décennies, les scientifiques ont pensé que de tels Kammapas cosmiques ne pouvaient être trouvés que dans les grandes galaxies. Après tout, on pensait que seules les galaxies massives contenaient suffisamment de matière pour nourrir ces bêtes.

À quel point les scientifiques se trompaient.

Il y a environ vingt ans, les modèles informatiques des premiers trous noirs ont commencé à révéler des bizarreries. Dans ces modèles, de gros trous noirs sont apparus là où on ne les attendait pas. De nombreux scientifiques pensaient que ces inadaptés étaient dus au hasard. Mais d’autres n’en étaient pas si sûrs. Ils pensaient que de telles bizarreries ne devaient pas être ignorées.

Aujourd’hui, les télescopes ont détecté des signes de plusieurs trous noirs étranges. Ceux-ci incluent des galaxies massives dans les plus petites galaxies. Étonnamment, certains de ces trous noirs ne semblent même pas se trouver au cœur de leur galaxie. Plus intrigant encore, les astronomes ont repéré des traces de trous noirs errant le long des bords de leurs galaxies. Dans de rares cas, certains semblent complètement expulsés de leur galaxie.

Mais peut-être que ces trous noirs ne sont pas que des cinglés. Peut-être qu’en fait, ce sont des acteurs majeurs dans l’histoire de notre univers. Si tel est le cas, ils pourraient aider à percer l’un des plus grands mystères de tous. Comment ces Kammapas cosmiques se sont-ils développés ?

Notre compréhension actuelle de la façon dont les trous noirs deviennent si gros ressemble à ceci. Dans l’univers primitif, les noyaux des bébés galaxies contenaient des bébés trous noirs. Au fil du temps, les galaxies ont grandi, se sont écrasées et ont fusionné. Ce faisant, les galaxies ont accueilli des quantités de nouvelles étoiles, de gaz et de poussière. Pendant ce temps, les trous noirs en leur centre ont fusionné et se sont nourris de toute la nouvelle matière.

En conséquence, à mesure que les galaxies grandissaient, leurs trous noirs centraux grandissaient également.

Dans ce scénario, le trou noir au centre de chaque galaxie devrait avoir environ un millième de la masse de sa galaxie.

Toutes les galaxies actuelles ne sont pas aussi grandes que notre Voie lactée. Certaines « galaxies naines » n’ont qu’un billionième de leur masse. Pour rester si petites, il ne faut pas qu’elles aient fusionné avec de nombreuses autres galaxies. Le trou noir de chaque galaxie naine aurait probablement échappé à la fusion avec de nombreux autres trous noirs.

Selon cette logique, les trous noirs dans les galaxies naines devraient être minimes – voire inexistants.

Mais les modèles informatiques de la fin des années 2000 ont commencé à remettre en question cette logique.

Ces modèles ont montré comment des trous noirs massifs auraient pu évoluer au cours de l’histoire de l’univers. Même les plus petites galaxies, ont-ils montré, pourraient avoir de grands trous noirs – et tout de suite. Certaines de ces galaxies n’ont jamais grandi ni fusionné avec d’autres. Cela a laissé les galaxies petites avec de grands trous noirs pendant des milliards d’années.

L'astronome Amy Reines a trouvé les premiers indices de l'existence de telles galaxies. Il y a plus de dix ans, elle examinait les données d'un télescope sur une galaxie naine située à 30 millions d'années-lumière de la Terre. Là, elle a aperçu des quantités extrêmes de lumière radio et de rayons X brillants. Ce rayonnement intense signalait la présence d’un énorme trou noir.

«Je n'avais jamais vu cela auparavant», se souvient Reines, qui travaille maintenant à la Montana State University à Bozeman. Comme d’autres scientifiques, elle pensait que les galaxies naines n’étaient pas assez grandes pour contenir de gros trous noirs.

Mais quelques mois plus tard, en 2011, Reines se rend à une réunion de scientifiques. Là, elle a entendu l’astrophysicienne Jillian Bellovary parler. Bellovary a présenté de nouveaux modèles de formation de galaxies. Ceux-ci suggèrent que même les galaxies maigres pourraient avoir de gros trous noirs.