Des astronomes ont découvert le trou noir le plus vorace de l’histoire

Les trous noirs sont connus pour leur propension à dévorer toute la matière et les ondes qui passent à leur portée sans se faire prier, d’où leur nom. Mais certains ont plus d’appétit que d’autres. Certains sont relativement frugaux, toutes proportions gardées. Mais il en existe aussi d’autres qui engloutissent des quantités de matière absolument dantesques. C’est dans cette catégorie que tombe le dernier trou noir observé par une équipe de chercheurs de l’Université Nationale d’Australie.

Le trou noir en question réside au centre d’un quasar, un type de noyau galactique actif qui émet des rayonnements extrêmement énergétiques dans un tas de longueurs d’onde différentes (radio, infrarouge, gamma, rayons X…). Ce déluge d’ondes électromagnétiques est traditionnellement attribué au festin d’un immense trou noir dit supermassif. Il s’agit des trous noirs les plus massifs qui soient ; comme Sagittarius A* au centre de la Voie lactée, ils génèrent des forces gravitationnelles si intenses qu’ils structurent toute la matière qui les entoure à des centaines d’années-lumière à la ronde.

Un double record ahurissant

Et ce véritable titan ne fait pas exception. Selon les auteurs, la masse du trou noir de ce quasar baptisé J0529-4351 atteint entre 17 et 19 milliards de masses solaires. Même s’il ne s’agit pas d’un record absolu, cela le place très largement dans le haut du panier.

Mais au-delà de ses mensurations, ce qui rend ce béhémoth aussi exceptionnel, c’est surtout la vitesse à laquelle il grandit — et par extension, le rythme auquel il ingurgite de la matière. Selon les auteurs de l’étude, il gagne environ 370 masses solaires par an. Cela signifie qu’il dévore l’équivalent d’une masse solaire, soit à peu près 2000 milliards de tonnes de gaz et de poussière… chaque jour ! Un festin absolument colossal ; il s’agit même du nouveau tenant du titre dans cette catégorie.

Lorsque de la matière s’approche ainsi du trou noir, les forces gravitationnelles et la friction deviennent exceptionnellement intenses. Les atomes sont soumis à de telles contraintes qu’ils sont chauffés à des températures incroyables qu’aucun adjectif ne suffit à décrire. Au voisinage d’un tel monstre, le mercure peut parfois atteindre des dizaines de milliards de degrés Celsius, bien au-delà de la température des étoiles les plus chaudes. Tout le matériel se met à briller de mille feux, ce qui rend ces objets particulièrement brillants.

Or, l’intensité de ces rayonnements dépend de la qualité de matière absorbée par le trou noir. Par conséquent, J0529-4351 est aussi le quasar le plus lumineux jamais observé. « En termes de luminosité et probablement de taux de croissance, J0529-4351 est le quasar le plus extrême que l’on connaisse », écrivent les astronomes dans leur étude.

A la frontière des lois de la physique

Cela signifie aussi qu’il s’approche de la limite d’Eddington. Il s’agit de la vitesse maximale à laquelle un trou noir devrait théoriquement pouvoir engloutir de la matière d’après les modèles cosmologiques actuels.

Les théoriciens considèrent qu’il est possible de la dépasser, mais seulement pendant une très courte période. Les rayonnements deviendraient si intenses que la pression de radiation atteindrait des niveaux inimaginables. Dans ces conditions, les radiations électromagnétiques, comme la lumière, transmettent tellement d’énergie aux atomes qu’ils se retrouveraient éjectés dans la direction opposée, surpassant ainsi les forces gravitationnelles énormes du trou noir ! En d’autres termes, le trou noir de J0529-4351 est si vorace qu’il pousse les lois de la physique dans leurs retranchements.

Toute la question, c’est donc de savoir par quels mécanismes peuvent conduire à l’apparition d’un tel trou noir. Et à l’heure actuelle, les astrophysiciens sont toujours perplexes à ce niveau. On considère généralement que les plus petits trous noirs émergent lorsque le cœur d’une étoile massive en fin de vie s’effondre sur lui-même. Mais ce processus semble totalement incompatible avec les proportions des trous noirs supermassifs comme celui-ci. Ils sont tout simplement trop énormes.

On peut donc imaginer que les proportions du trou noir de J0529-4351 étaient assez modestes à l’origine, et qu’il a simplement grandi très vite en dévorant énormément de matière sur une très longue durée. Cette explication semble plus convaincante, étant donné que l’objet s’est formé environ 1,5 milliard d’années après le Big Bang — soit à l’époque du Midi Cosmique. Il s’agit d’une période très intense dans l’histoire de l’Univers. Les spécialistes estiment que le taux de formation d’étoiles et de galaxies était à son paroxysme pendant cette période, d’où son nom. Le trou noir aurait donc eu tout le loisir de faire un vrai festin depuis des milliards d’années.

Mais cela ne résout pas le fond du problème. On ne sait toujours pas par quel mécanisme ces trous noirs supermassifs peuvent se montrer aussi voraces. Leurs forces gravitationnelles, aussi énormes soient-elles, ne suffisent pas à expliquer comment ces géants peuvent récupérer de telles quantités de matière. La seule option, c’est de continuer de sonder d’autres titans cosmiques en espérant que l’un d’entre eux transgresse les règles de la physique actuelle. Cela permettra peut-être d’identifier la pièce manquante du puzzle, et de comprendre la dynamique de ces objets si importants dans la dynamique de notre univers. Autant dire que le James Webb Space Telescope et ses collègues vont avoir du pain sur la planche.

Le texte de l’étude est disponible ici.

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