Les premiers brins de la toile cosmique

Des astronomes utilisant le télescope spatial James Webb de la NASA ont découvert un arrangement filiforme de 10 galaxies qui existait à peine 830 millions d’années après le big bang. La structure longue de 3 millions d’années-lumière est ancrée par un quasar lumineux – une galaxie avec un trou noir supermassif actif en son cœur. L’équipe pense que le filament finira par évoluer en un amas massif de galaxies, un peu comme le célèbre amas de coma dans l’univers proche.

“J’ai été surpris par la longueur et l’étroitesse de ce filament”, a déclaré Xiaohui Fan, membre de l’équipe, de l’Université de l’Arizona à Tucson. “Je m’attendais à trouver quelque chose, mais je ne m’attendais pas à une structure aussi longue et aussi mince.”

“C’est l’une des premières structures filamenteuses que les gens aient jamais trouvées associées à un quasar lointain”, a ajouté Feige Wang de l’Université de l’Arizona à Tucson, le chercheur principal de ce programme.

Cette découverte est issue du projet ASPIRE (A SPectroscopic survey of biased halos In the Reionization Era), dont l’objectif principal est d’étudier les environnements cosmiques des premiers trous noirs. Au total, le programme observera 25 quasars qui ont existé au cours du premier milliard d’années après le big bang, une période connue sous le nom d’époque de réionisation.

“Les deux dernières décennies de recherche en cosmologie nous ont donné une solide compréhension de la façon dont la toile cosmique se forme et évolue. ASPIRE vise à comprendre comment intégrer l’émergence des premiers trous noirs massifs dans notre histoire actuelle de la formation de la structure cosmique”, a expliqué Joseph Hennawi, membre de l’équipe de l’Université de Californie à Santa Barbara.

Monstres en croissance

Une autre partie de l’étude étudie les propriétés de huit quasars dans le jeune univers. L’équipe a confirmé que leurs trous noirs centraux, qui existaient moins d’un milliard d’années après le big bang, avaient une masse comprise entre 600 millions et 2 milliards de fois la masse de notre Soleil. Les astronomes continuent de chercher des preuves pour expliquer comment ces trous noirs pourraient devenir si gros si vite.

“Pour former ces trous noirs supermassifs en si peu de temps, deux critères doivent être satisfaits. Premièrement, vous devez commencer à grandir à partir d’un trou noir “graine” massif. Deuxièmement, même si cette graine commence avec une masse équivalente à mille Soleils , il doit encore accumuler un million de fois plus de matière au taux maximum possible pendant toute sa durée de vie », a expliqué Wang.

“Ces observations sans précédent fournissent des indices importants sur la façon dont les trous noirs sont assemblés. Nous avons appris que ces trous noirs sont situés dans de jeunes galaxies massives qui fournissent le réservoir de carburant pour leur croissance”, a déclaré Jinyi Yang de l’Université de l’Arizona, qui est diriger l’étude des trous noirs avec ASPIRE.

Webb a également fourni la meilleure preuve à ce jour de la manière dont les premiers trous noirs supermassifs régulent potentiellement la formation d’étoiles dans leurs galaxies. Alors que les trous noirs supermassifs accumulent de la matière, ils peuvent également alimenter d’énormes sorties de matière. Ces vents peuvent s’étendre bien au-delà du trou noir lui-même, à l’échelle galactique, et peuvent avoir un impact significatif sur la formation des étoiles.

“Les vents forts des trous noirs peuvent supprimer la formation d’étoiles dans la galaxie hôte. De tels vents ont été observés dans l’univers voisin mais n’ont jamais été directement observés à l’époque de la réionisation”, a déclaré Yang. “L’échelle du vent est liée à la structure du quasar. Dans les observations de Webb, nous voyons que de tels vents existaient dans l’univers primitif.”

Ces résultats ont été publiés dans deux articles en Les lettres du journal astrophysique le 29 juin.