Les astronomes croient maintenant qu'il y a un trou noir supermassif au centre de presque toutes les galaxies de l'Univers. Contrairement aux trous noirs de masse stellaire, les versions supermassives auraient pu se former différemment, passant d'un nuage de gaz directement à un trou noir - sautant entièrement le stade d'étoile.
Depuis leur découverte, les astronomes ne savent toujours pas vraiment comment les trous noirs supermassifs se sont produits. Mais ils sont là, à l'intérieur de la plupart des galaxies. En fait, les observations des quasars montrent que des trous noirs supermassifs étaient présents dans l'Univers primitif. Les quasars sont parmi les objets les plus brillants de l'Univers, flamboyant du rayonnement émis par les trous noirs supermassifs consommant activement du matériel.
Une possibilité est que ces monstres aient eu des débuts modestes, commençant comme une étoile massive, devenant une supernova, puis devenant un trou noir. C’est un processus que les astronomes comprennent assez bien. Le problème avec cette théorie est que ces premiers trous noirs supermassifs ont dû se développer constamment dès le début, au rythme maximum prévu par la physique. Et comme nous le voyons aujourd'hui, les galaxies passent par des étapes actives et de repos selon le moment où leur trou noir consomme du matériel.
Mais une deuxième possibilité est que ces trous noirs se sont formés directement, rassemblant tellement de matière qu'ils ont complètement contourné le stade stellaire.
Le Dr Mitchell C. Begelman, professeur au Département des sciences astrophysiques et planétaires de l'Université du Colorado, Boulder a récemment publié un article intitulé Des trous noirs supermassifs se sont-ils formés par effondrement direct? Cet article esquisse cette théorie alternative de la formation des trous noirs dans l'Univers primitif.
Après le Big Bang, l'Univers s'est suffisamment refroidi pour que les premières étoiles se forment à partir de l'hydrogène et de l'hélium d'origine. C'était un matériau pur, non pollué par les générations précédentes d'étoiles. Les astronomes ont calculé que ces premières étoiles, appelées Population III, auraient un taux maximum de rassemblement de matière pour former une étoile.
Mais que se passe-t-il s'il y a beaucoup plus de gaz aux alentours? Bien au-delà des limites qui pourraient former une étoile.
Avec une étoile régulière, le matériau arrive relativement lentement, créant une masse centrale. Avec une masse suffisante, l'étoile s'enflamme, ce qui crée une pression vers l'extérieur qui empêche les autres matériaux de se compacter trop étroitement.
Mais le Dr Begelman a calculé que si le taux d'inflation dépasse seulement quelques dixièmes de masse solaire par an, le noyau stellaire serait si étroitement lié que la libération d'énergie de la fusion nucléaire ne serait pas suffisante pour empêcher le noyau de continuer à Contrat. Vous n'auriez jamais d'étoile, vous iriez simplement d'un nuage d'hydrogène à une masse centrale étroitement liée. Et puis un trou noir.
La question est la suivante: serait-il possible de réunir des documents aussi rapidement? Il peut, si quelque chose le pousse ... comme de la matière noire. Selon le Dr Begelman, il pourrait y avoir plusieurs situations où une force externe, comme la gravité d'un grand halo de matière noire, pourrait travailler pour forcer le gaz dans une zone centrale. En fait, le matériel a été calculé tombant dans un trou noir aussi rapidement, car c'est le taux qu'il faut pour alimenter les quasars. Mais la question est, est-ce que cela fonctionnera si le trou noir n’est pas là, ou vraiment petit.
Une fois qu'il y a quelques masses solaires de gaz accumulées, le cœur commence à rétrécir sous l'attraction de sa masse croissante. L'objet passe par une brève période de fusion nucléaire lorsqu'il atteint 100 masses solaires, mais il traverse cette phase si rapidement qu'il n'a plus la possibilité de se développer à nouveau.
Finalement, l'objet atteint plusieurs milliers de masses solaires, et sa température a grimpé à plusieurs centaines de millions de degrés. À ce stade, la gravité prend finalement le dessus, effondrant le noyau et transformant l'objet en un trou noir de masse solaire 10-20 qui commence alors à consommer toute la masse autour de lui.
À partir de ce moment, le trou noir est capable d'attirer efficacement d'autres matériaux, se développant aux niveaux maximaux prévus par la physique, rassemblant finalement des millions de fois la masse du Soleil. Si trop de matière tombe, le trou noir supermassif du bébé pourrait agir comme un mini-quasar - le Dr Begelman l'a surnommé un «quasistar» - flamboyant de rayonnement alors que le matériau infaillible recule dans les environs du trou noir.
Et voici la bonne nouvelle: ces quasistars pourraient être détectables par de puissants télescopes. Cependant, leur durée de vie serait très courte, ne pouvant durer que 100 000 ans. Ils pourraient être marginalement détectables par le prochain télescope spatial James Webb.
Source d'origine: papier Arxiv
