Comment les trous noirs qui siègent au cœur de nombreuses galaxies ont-ils pu devenir aussi massifs ? Grâce à une observation du télescope spatial James Webb, les astronomes tiennent peut-être enfin un début de réponse à cette question. L’instrument de 6,5 m de diamètre, sensible aux rayons infrarouges a en effet permis de dénicher deux trous noirs supermassifs très proches l’un de l’autre aux confins de l’Univers observable. La scène se déroule seulement 740 millions d’années après le big bang, qui a eu lieu voici environ 13,7 milliards d’années.

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Dossier spécial dans le Ciel & espace 595 : Trous noirs, et s’ils étaient tout proches ?

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Les deux trous noirs sont visibles grâce à la matière (essentiellement du gaz) qu’ils agrègent et chauffent dans leur environnement immédiat et qui brille énormément. Ils occupent les centres de deux galaxies en train de fusionner. Et séparés de 2000 années-lumière, ils ont vocation à fusionner eux-mêmes en moins de 200 millions d’années. C’est du moins ce que laissent entendre les mesures spectrales de vitesse réalisées grâce au télescope James Webb.

Deux trous noir supermassifs

L’un de ces trous noirs affiche une masse estimée à 50 millions de fois celle du Soleil. Par comparaison, le trou noir central de la Voie lactée, notre galaxie, pèse « seulement » 4 millions de masses solaires. Le second trou noir semble du même tonneau, bien que les mesures le concernant soient plus difficiles à réaliser car il est caché par beaucoup de gaz très dense.

La fusion, un mode de formation pour les trous noirs supermassifs ?

Cette découverte accrédite l’idée que dans l’Univers jeune, les trous noirs galactiques ont abondamment fusionné pour donner les monstres hypermassifs que les astronomes observent actuellement. En effet, sans coalescence entre corps denses déjà massifs, les théoriciens ont du mal à expliquer la masse des trous noirs les plus massifs connus. Certes, celui-ci, appelé ZS7, est le seul trou noir double en cours de fusion. Mais compte tenu du fait que le télescope James Webb n’observe pas depuis très longtemps, on peut supposer qu’il n’est que le premier et qu’il en existe beaucoup d’autres qui seront dénichés dans les prochaines années.

Accessoirement, cette première observation photographique donne une idée des masses en jeu et permet de calculer quel type d’ondes gravitationnelles les fusions de trous noirs peuvent donner. Et ainsi affiner le concept de LISA (Laser Interferometer Space Antenna), le futur détecteur d’ondes gravitationnelles qui doit être déployé un jour dans l’espace.