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Le quasar, appelé J0313-1806, est vu tel qu’il était lorsque l’Univers n’avait que 670 millions d’années et fournit aux astronomes des informations précieuses sur la façon dont les galaxies massives – et les trous noirs supermassifs à leur cœur – se sont formés dans l’Univers primitif. Les scientifiques ont présenté leurs résultats à la réunion de l’American Astronomical Society, actuellement en cours virtuellement, et dans un article accepté à l’Astrophysical Journal Letters.
La nouvelle découverte bat le précédent record de distance pour un quasar établi il y a trois ans. Des observations avec le Grand réseau millimétrique / submillimétrique d’Atacama (ALMA) au Chili ont confirmé la mesure de distance avec une grande précision.
Les quasars se produisent lorsque la puissante gravité d’un trou noir supermassif au cœur d’une galaxie attire la matière environnante qui forme un disque en orbite de matière surchauffée autour du trou noir. Le processus libère d’énormes quantités d’énergie, rendant le quasar extrêmement brillant, éclipsant souvent le reste de la galaxie.
Le trou noir au cœur de J0313-1806 est deux fois plus massif que celui du précédent détenteur du record et ce fait fournit aux astronomes un indice précieux sur ces trous noirs et leurs effets sur leurs galaxies hôtes.
« C’est la première preuve de la façon dont un trou noir supermassif affecte la galaxie qui l’entoure », a déclaré Feige Wang, boursière Hubble à l’Observatoire Steward de l’Université de l’Arizona et chef de l’équipe de recherche. « D’après les observations de galaxies moins lointaines, nous savons que cela doit se produire, mais nous n’avons jamais vu cela se produire aussi tôt dans l’Univers. »
L’énorme masse du trou noir de J0313-1806 à un moment aussi précoce de l’histoire de l’Univers exclut deux modèles théoriques de la formation de tels objets, ont déclaré les astronomes. Dans le premier de ces modèles, des étoiles massives individuelles explosent sous forme de supernovae et s’effondrent en trous noirs qui fusionnent ensuite en trous noirs plus grands. Dans le second, des amas denses d’étoiles s’effondrent en un trou noir massif. Dans les deux cas, cependant, le processus prend trop de temps pour produire un trou noir aussi massif que celui de J0313-1806 à l’âge auquel nous le voyons.
» Cela vous indique que peu importe ce que vous faites, la graine de ce trou noir doit s’être formée par un mécanisme différent « , a déclaré Xiaohui Fan, également de l’Université de l’Arizona. « Dans ce cas, c’est un mécanisme qui implique de grandes quantités de gaz d’hydrogène froid primordial qui s’effondrent directement dans un trou noir de graine. »
Les observations d’ALMA de J0313-1806 ont fourni des détails alléchants sur la galaxie hôte quasar, qui forme de nouvelles étoiles à un rythme 200 fois supérieur à celui de notre Voie lactée. « Il s’agit d’un taux de formation d’étoiles relativement élevé dans des galaxies d’âge similaire, et cela indique que la galaxie hôte du quasar se développe très rapidement », a déclaré Jinyi Yang, le deuxième auteur du rapport, qui est boursier Peter A. Strittmatter à l’Université de l’Arizona.
La luminosité du quasar indique que le trou noir avale l’équivalent de 25 soleils chaque année. L’énergie libérée par cette alimentation rapide, ont déclaré les astronomes, alimente probablement un puissant écoulement de gaz ionisé vu se déplaçant à environ 20% de la vitesse de la lumière.
On pense que ces sorties sont ce qui arrête finalement la formation d’étoiles dans la galaxie.
« Nous pensons que ces trous noirs supermassifs sont la raison pour laquelle de nombreuses grandes galaxies ont cessé de former des étoiles à un moment donné », a déclaré Fan. « Nous observons cette « extinction » à des moments plus tardifs, mais jusqu’à présent, nous ne savions pas à quel moment ce processus a commencé dans l’histoire de l’Univers. Ce quasar est la première preuve que la trempe peut avoir eu lieu très tôt. »
Ce processus laissera également le trou noir sans rien à manger et arrêtera sa croissance, a souligné Fan.
En plus d’ALMA, les astronomes ont utilisé le télescope Magellan Baade de 6,5 mètres, le télescope Gemini Nord et l’observatoire W.M. Keck à Hawaï, et le télescope Gemini Sud au Chili.
Les astronomes prévoient de continuer à étudier J0313-1806 et d’autres quasars avec des télescopes au sol et spatiaux.
L’Observatoire national de radioastronomie est une installation de la National Science Foundation, exploitée sous accord de coopération par Associated Universities, Inc.