Les trous noirs, un milliard de fois ou plus de la masse du Soleil, sont au cœur de nombreuses galaxies, entraînant leur évolution. Bien que courantes aujourd'hui, les preuves de trous noirs supermassifs existant depuis la petite enfance de l'Univers, un milliard d'années après le Big Bang, ont intrigué les astronomes pendant des années.
Comment ces géants ont-ils pu devenir si massifs dans le laps de temps relativement court qu'ils ont dû se former? Une nouvelle étude dirigée par Tal Alexander de l'Institut Weizmann des sciences et Priyamvada Natarajn de l'Université de Yale pourrait apporter une solution.
Les trous noirs sont souvent confondus avec des créatures monstrueuses qui aspirent la poussière et le gaz à un rythme énorme. Mais cela ne pouvait pas être plus éloigné de la vérité (en fait, les mots "sucer" et "trou noir" dans la même phrase me font grincer des dents). Bien qu'ils accumulent généralement des disques d'accrétion brillants - des disques tourbillonnants de gaz et de poussière qui les rendent visibles à travers l'univers observable - ces disques mêmes limitent en fait la vitesse de croissance.
Premièrement, lorsque la matière dans un disque d'accrétion se rapproche du trou noir, des embouteillages se produisent qui ralentissent tout autre matériau infaillible. Deuxièmement, lorsque la matière entre en collision avec ces embouteillages, elle se réchauffe, générant un rayonnement énergétique qui éloigne en fait le gaz et la poussière du trou noir.
Une étoile ou un flux gazeux peut en fait se trouver sur une orbite stable autour du trou noir, tout comme une planète tourne autour d'une étoile. C'est donc tout un défi pour les astronomes de penser à des façons de faire grandir un trou noir dans des proportions supermassives.
Heureusement, Alexander et Natarajan ont peut-être trouvé un moyen de le faire: en plaçant le trou noir dans un groupe de milliers d'étoiles, ils peuvent fonctionner sans les restrictions d'un disque d'accrétion.
On pense généralement que les trous noirs se forment lorsque des étoiles massives, pesant des dizaines de masses solaires, explosent après que leur combustible nucléaire a été dépensé. Sans que le four nucléaire en son cœur ne pousse contre la gravité, l'étoile s'effondre. Alors que les couches internes tombent vers l'intérieur pour former un trou noir d'environ 10 masses solaires seulement, les couches externes tombent plus rapidement, frappant les couches internes et rebondissant dans une énorme explosion de supernova. C'est du moins la version simple.
L'équipe a commencé avec un modèle de trou noir, créé à partir de cette explosion stellaire, intégré dans un amas de milliers d'étoiles. Un flux continu de gaz dense, froid et opaque est tombé dans le trou noir. Mais voici l'astuce: l'attraction gravitationnelle de nombreuses étoiles proches l'a fait zigzaguer au hasard, l'empêchant de former un disque d'accrétion.
Sans disque d'accrétion, non seulement la matière est plus susceptible de tomber dans le trou noir de tous les côtés, mais elle n'est pas ralentie dans le disque d'accrétion lui-même.
Dans l'ensemble, le modèle suggère qu'un trou noir 10 fois la masse du Soleil pourrait atteindre plus de 10 milliards de fois la masse du Soleil un milliard d'années après le Big Bang.
L'article a été publié le 7 août dans Science et est disponible en ligne.
