Ils sont régulièrement sur le devant de la scène de l’actualité scientifique. Il s’agit des fameux Little Red Dots (LRD) – ces mystérieux « petits points rouges ». On a fait leur découverte il y a quelques années dans les observations rendues possibles par le télescope spatial James-Webb (JWST) et avec lui, ce ne sont pas moins de 300 LRD qui ont été observés dans l’infrarouge.
On les voit qui commencent à apparaître dans les données du JWST environ 600 millions d’années après le Big Bang, avant de sembler disparaître 1,5 milliard d’années plus tard dans ces mêmes données.
On sait qu’ils sont compacts, lumineux et émettent une combinaison caractéristique et inédite de lumière rouge et ultraviolette.
Cette simulation montre trois orbites d’une paire de trous noirs supermassifs à seulement 40 orbites de leur fusion. Les modèles révèlent que la lumière émise à ce stade du processus pourrait être dominée par le rayonnement ultraviolet, avec quelques rayons X de haute énergie, semblable à celle observée dans toute galaxie abritant un trou noir supermassif bien alimenté. Trois régions de gaz émetteur de lumière brillent lors de la fusion des trous noirs, toutes reliées par des flux de gaz chaud : un grand anneau encerclant l’ensemble du système, appelé disque circumbinaire, et deux anneaux plus petits autour de chaque trou noir, appelés mini-disques. Ces objets émettent principalement de la lumière ultraviolette. Lorsqu’un flux de gaz important s’écoule dans un mini-disque, la lumière ultraviolette du disque interagit avec la couronne de chaque trou noir, une région de particules subatomiques de haute énergie située au-dessus et au-dessous du disque. Cette interaction produit des rayons X. Lorsque le taux d’accrétion est plus faible, la lumière ultraviolette est moins intense que les rayons X. © Centre de vol spatial Goddard de la Nasa. Musique : « Games Show Sphere 01 » de Killer Tracks
Plusieurs modèles possibles de Little Red Dots
Plusieurs scénarios ont été proposés pour expliquer leur nature, souvent avec des trous noirs supermassifs, formant peut-être d’ailleurs des étoiles à trous noirs. S’il s’agit bien au moins de trous noirs géants au cœur de jeunes galaxies et accrétant de la matière, alors on doit s’attendre à découvrir un certain nombre de LRD qui sont associés sur la voûte céleste explorée par le JWST.
En effet, au cours des premiers milliards d’années de l’histoire du cosmos observable et de son expansion, on sait que des collisions suivies de fusions entre les galaxies n’étaient pas rares, pour le moins plus fréquentes que celles que l’on peut observer dans l’Univers depuis quelques milliards d’années seulement.
Les énigmatiques quasars des années 1960 n’étaient pas des étoiles supermassives, mais bien des trous noirs supermassifs. Les énigmatiques Little Red Dots des années 2020 seraient, eux, encore plus exotiques, selon la théorie et les dernières observations du James-Webb…. Lire la suite
Les LRD considérés comme des trous noirs géants au cœur des premières galaxies doivent donc parfois se présenter comme l’équivalent des galaxies rapprochées sur le point d’entrer en collision.
De facto, selon des analyses des images infrarouges obtenues par le télescope spatial James-Webb (JWST), une équipe internationale de chercheurs pense bel et bien avoir découvert de telles paires observées telles qu’elles existaient il y a environ 12,5 à 12,8 milliards d’années, comme elle l’explique dans une étude publiée le 31 août dans les Publications of the Astronomical Society of Japan, dont une version en accès libre existe sur arXiv.
Images infrarouges en fausses couleurs, prises par le JWST, de paires de LRD créées à partir d’images filtrées aux longueurs d’onde de 1,5 µm, 2,8 µm et 4,4 µm. La ligne blanche dans le coin inférieur droit indique une distance d’environ 5 000 années-lumière. © Cosmos-Web, Tanaka
Une méthode ingénieuse pour résoudre les paires de LRD
Dans la publication, on apprend donc que les chercheurs ont plus précisément identifié quatre paires de « Little Red Dots », alors que l’Univers était âgé d’environ 0,9 à 1,3 milliard d’années, probablement associés à des trous noirs massifs en phase d’accrétion rapide.
Pour arriver à cette conclusion, les astrophysiciens ont mis en œuvre une méthode inédite analysant la couleur de chaque pixel des images du JWST contenant en première approximation un LRD, mais qui, finalement, permet de distinguer deux LRD très rapprochés que les techniques classiques auraient pu confondre avec un seul objet, car ne possédant par le pouvoir de résolution suffisant pour séparer les images des deux LRD.
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Les membres de chaque paire n’étant séparés que de quelques milliers à quelques dizaines de milliers d’années-lumière, il en a résulté que la probabilité que les quatre paires soient simplement le fruit d’alignements fortuits paraît faible.
Cette découverte renforce donc l’hypothèse selon laquelle les fusions de galaxies et, à terme, les fusions de trous noirs géants auraient contribué à la croissance extrêmement rapide des trous noirs supermassifs dans l’Univers primordial. De telles fusions pourraient constituer des sources pour les futurs observatoires d’ondes gravitationnelles, comme eLisa.
Les étoiles connues dans l’Univers ne dépassent guère la centaine de masses solaires. Toutefois, quelques centaines de millions d’années après le Big Bang, les conditions physiques et chimiques étant différentes, on soupçonne que des étoiles bien plus massives étaient alors possibles, avec 100 000, voire un million de masses solaires. En fait, le télescope spatial James-Webb pourrait les avoir enfin détectées… Mais comment ?… Lire la suite