Une équipe internationale d'astronomes vient de découvrir un quasar pour le moins… excessif. Baptisé ID830, cet objet situé aux confins de l'univers primitif avale la matière à une vitesse vertigineuse –treize fois supérieure à ce que les modèles actuels estiment être la «vitesse limite» de croissance des trous noirs. Une découverte qui bouleverse notre compréhension de l'évolution cosmique, explique un article de Live Science.

ID830 n'est pas un simple trou noir: il s'agit d'un quasar, c'est‑à‑dire un trou noir supermassif, entouré d'un disque de gaz incandescent et émettant d'intenses jets d'énergie depuis ses pôles. L'objet rayonne dans plusieurs longueurs d'onde, notamment dans les rayons X et les ondes radio, un mélange pourtant impossible si on en croit les théories actuelles.

ID830 daterait d'une période où l'univers n'avait que 15% de son âge actuel –il y a environ 12 milliards d'années– et afficherait déjà une masse de 440 millions de soleils, soit plus de cent fois celle du trou noir géant au centre de la Voie lactée, Sagittarius A*. Un glouton cosmique hors normes, donc, qui remet en cause la façon dont on pensait que les premiers trous noirs avaient pu grossir après le Big Bang.

Les trous noirs sont d'ordinaire contraints par une sorte de «régime cosmique» appelé limite d'Eddington, qui fixe le point d'équilibre entre l'attraction gravitationnelle et la pression du rayonnement. Lorsque le trou noir absorbe trop de matière, le rayonnement produit repousse le gaz environnant, interrompant le processus d'accrétion et la matière est rejetée. Mais il arrive, dans certaines conditions extrêmes, qu'un trou noir parvienne à franchir ce seuil: on parle alors d'un régime super‑Eddington, où la matière s'effondre plus vite qu'elle ne peut être repoussée.

Comment expliquer ce phénomène

Il existe plusieurs théories: certains chercheurs évoquent des configurations géométriques particulières, où la matière s'écoule à l'équateur tandis que le rayonnement s'échappe par les pôles, évitant d'entraver la chute du gaz. D'autres pensent que ces «crises de boulimie» ne durent que quelques centaines d'années –une brève période à l'échelle cosmique.

Les découvertes du télescope spatial James Webb ont déjà mis à mal l'idée d'une croissance lente des trous noirs géants. Ses observations montrent que de nombreux quasars précoces étaient déjà massifs quelques centaines de millions d'années après le Big Bang, défiant toute logique théorique. Pour expliquer cette croissance express, certains astrophysiciens invoquent les étoiles de Population III, les toutes premières étoiles, gigantesques et éphémères, dont la mort aurait donné naissance à des «graines» de trous noirs déjà très lourdes.

Mais même ces graines ne suffisent pas à tout expliquer: pour atteindre les masses observées, il faudrait qu'elles se nourrissent au rythme maximal pendant plusieurs centaines de millions d'années sans interruption, une hypothèse difficile à concilier avec la physique connue.

Un objet qui brouille toutes les cartes

En analysant la lumière ultraviolette et les rayons X émis par ID830, les chercheurs ont calculé qu'il avalait la matière treize fois plus vite que la limite d'Eddington. Une telle frénésie pourrait être due à un événement violent: l'engloutissement d'une étoile géante ou d'un nuage massif de gaz. Selon l'astronome japonaise Sakiko Obuchi, cette «crise de croissance» ne durerait qu'environ trois siècles, un battement de cils à l'échelle de l'univers.

Ce qui rend ID830 encore plus mystérieux, c'est qu'il combine émissions radio et rayons X, un mélange que les modèles actuels considèrent comme mutuellement exclusif. En théorie, l'accrétion super‑Eddington devrait étouffer l'activité radio –or ici, les deux phénomènes se produisent avec une puissance inédite. Les chercheurs pensent que ces rayonnements proviennent à la fois des jets polaires et d'une couronne magnétique à des milliards de degrés, sorte de cocon de particules survoltées orbitant quasiment à la vitesse de la lumière.

Au-delà de la curiosité astrophysique, ID830 pourrait aider à comprendre comment les premières galaxies se sont formées. Lorsqu'un trou noir croît aussi rapidement, l'énergie qu'il libère peut chauffer et disperser le gaz environnant, freinant ainsi la naissance de nouvelles étoiles. Autrement dit, ces monstres cosmiques se nourrissaient peut-être au détriment des galaxies qui les abritaient.

Les chercheurs soupçonnent d'ailleurs que de tels quasars hyperactifs étaient plus nombreux qu'on ne le pensait dans l'univers primordial. Si ID830 n'est pas une exception mais la règle, il faudra sans doute réécrire une bonne partie des manuels de cosmologie.