Qu'est-ce qui est venu en premier : les trous noirs ou les galaxies ?

Ces découvertes bouleversent les théories sur la manière dont les trous noirs façonnent le cosmos, remettant en question la compréhension classique selon laquelle ils se sont formés après l’émergence des premières étoiles et galaxies. Au lieu de cela, les trous noirs pourraient avoir considérablement accéléré la naissance de nouvelles étoiles au cours des 50 premiers millions d’années de l’univers, une période éphémère au cours de ses 13,8 milliards d’années d’histoire.

“Nous savons que ces trous noirs monstrueux existent au centre des galaxies proches de notre Voie lactée, mais la grande surprise maintenant est qu'ils étaient également présents au début de l'univers et étaient presque comme des éléments de base ou des graines pour les premières galaxies”, a déclaré auteur principal Joseph Silk, professeur de physique et d'astronomie à l'Université Johns Hopkins et à l'Institut d'astrophysique de Paris, Sorbonne Université. “Ils ont vraiment tout stimulé, comme de gigantesques amplificateurs de formation d'étoiles, ce qui représente un revirement complet de ce que nous pensions possible auparavant – à tel point que cela pourrait complètement bouleverser notre compréhension de la formation des galaxies.”

L'ouvrage est récemment publié dans le Lettres de journaux astrophysiques.

Les galaxies lointaines du tout premier univers, observées via le télescope Webb, semblent beaucoup plus brillantes que ce que les scientifiques prévoyaient et révèlent un nombre inhabituellement élevé de jeunes étoiles et de trous noirs supermassifs, a déclaré Silk.

La sagesse conventionnelle veut que les trous noirs se soient formés après l’effondrement d’étoiles supermassives et que les galaxies se soient formées après que les premières étoiles ont illuminé l’univers sombre primitif. Mais l'analyse de l'équipe de Silk suggère que les trous noirs et les galaxies ont coexisté et ont influencé leur destin mutuel au cours des 100 premiers millions d'années. Si toute l'histoire de l'univers était un calendrier de 12 mois, ces années seraient comme les premiers jours de janvier, a déclaré Silk.

“Nous affirmons que les sorties des trous noirs ont écrasé les nuages ​​de gaz, les transformant en étoiles et accélérant considérablement le taux de formation des étoiles”, a déclaré Silk. “Sinon, il est très difficile de comprendre d'où viennent ces galaxies brillantes, car elles sont généralement plus petites dans l'univers primitif. Pourquoi diable devraient-elles produire des étoiles si rapidement ?”

Les trous noirs sont des régions de l’espace où la gravité est si forte que rien ne peut échapper à leur attraction, pas même la lumière. En raison de cette force, ils génèrent de puissants champs magnétiques qui provoquent de violentes tempêtes, éjectant du plasma turbulent et agissant finalement comme d'énormes accélérateurs de particules, a déclaré Silk. Ce processus, a-t-il dit, est probablement la raison pour laquelle les détecteurs de Webb ont repéré plus de trous noirs et de galaxies brillantes que ce que les scientifiques prévoyaient.

“Nous ne pouvons pas vraiment voir ces vents ou jets violents de loin, très loin, mais nous savons qu'ils doivent être présents car nous voyons de nombreux trous noirs au début de l'univers”, a expliqué Silk. “Ces vents énormes provenant des trous noirs écrasent les nuages ​​de gaz proches et les transforment en étoiles. C'est le chaînon manquant qui explique pourquoi ces premières galaxies sont tellement plus brillantes que prévu.”

L'équipe de Silk prédit que le jeune univers a connu deux phases. Au cours de la première phase, les flux sortants à grande vitesse des trous noirs ont accéléré la formation des étoiles, puis, dans une deuxième phase, les flux sortants ont ralenti. Quelques centaines de millions d'années après le Big Bang, les nuages ​​de gaz se sont effondrés à cause des tempêtes magnétiques supermassives des trous noirs, et de nouvelles étoiles sont nées à un rythme bien supérieur à celui observé des milliards d'années plus tard dans les galaxies normales, a déclaré Silk. La création d'étoiles a ralenti parce que ces puissants flux sortants sont passés à un état de conservation d'énergie, a-t-il expliqué, réduisant ainsi le gaz disponible pour former des étoiles dans les galaxies.

“Nous pensions qu'au début, les galaxies se formaient lorsqu'un nuage de gaz géant s'effondrait”, a expliqué Silk. “La grande surprise est qu'il y avait une graine au milieu de ce nuage — un grand trou noir — et cela a contribué à transformer rapidement la partie interne de ce nuage en étoiles à une vitesse bien plus grande que ce à quoi nous nous attendions. les premières galaxies sont incroyablement brillantes. »

L’équipe espère que les futures observations du télescope Webb, avec un décompte plus précis des étoiles et des trous noirs supermassifs dans l’univers primitif, aideront à confirmer leurs calculs. Silk espère que ces observations aideront également les scientifiques à rassembler davantage d’indices sur l’évolution de l’univers.

“La grande question est : quels ont été nos débuts ? Le Soleil est une étoile sur 100 milliards dans la Voie lactée, et il y a aussi un énorme trou noir au milieu. Quel est le lien entre les deux ?” il a dit. “D'ici un an, nous disposerons de bien meilleures données et beaucoup de nos questions commenceront à trouver des réponses.”

Les auteurs incluent Colin Norman et Rosemary FG Wyse de Johns Hopkins ; Mitchell C. Begelman de l'Université du Colorado et de l'Institut national des normes et de la technologie ; et Adi Nusser de l'Institut israélien de technologie.

L’équipe est soutenue par la Fondation scientifique israélienne et l’Asher Space Research Institute, ainsi que par Eric et Wendy Schmidt sur recommandation du programme Schmidt Futures.