Un sursaut de rayons gamma capté en décembre 2023 vient de livrer son secret : il provenait d’un trou noir supermassif situé à 8 milliards d’années-lumière, le plus lointain jamais observé pointant ses jets droit sur nous. Direction La Palma, où des chercheurs ont reconstitué cette traque hors norme.

Un sursaut de rayons gamma détecté en 2023 mène jusqu’aux confins de l’univers

Tout commence par un signal fugace. En décembre 2023, des instruments repèrent une bouffée intense de rayons gamma, ces photons parmi les plus énergétiques de l’univers. Rien d’exceptionnel en apparence, le ciel en produit régulièrement.

Mais les équipes de l’observatoire du Roque de los Muchachos, à La Palma, dans les Canaries, décident de creuser. Elles mobilisent deux télescopes Tcherenkov, le LST-1 et MAGIC, capables de capter ces rayonnements à très haute énergie.

Le résultat dépasse leurs attentes. La source de ce sursaut se trouve à 8 milliards d’années-lumière de la Terre. Autrement dit, la lumière qu’on observe aujourd’hui a quitté son point d’origine alors que l’univers n’avait que 5 milliards d’années.

Cet objet, baptisé OP 313, devient ainsi le blazar le plus distant et le plus ancien jamais détecté. Un véritable message venu du fond des âges, qui a traversé une grande partie de l’histoire cosmique pour nous parvenir.

Quand un trou noir braque son jet droit sur la Terre : l’anatomie d’un blazar record

Pour comprendre ce qu’est un blazar, il faut d’abord parler des quasars. Ce sont des noyaux actifs de galaxies, des régions centrales où un trou noir supermassif engloutit de la matière à un rythme effréné.

Ce festin cosmique génère des jets de plasma, projetés à des vitesses proches de celle de la lumière, de part et d’autre du trou noir. La plupart du temps, ces jets filent dans des directions qui nous laissent indifférents.

Mais parfois, l’un de ces jets pointe exactement vers la Terre. On parle alors de blazar. Imaginez un phare dont le faisceau balaie l’horizon : on ne le voit vraiment briller que lorsqu’il est orienté droit dans nos yeux.

OP 313 a émis son sursaut durant une période clé de l’histoire de l’univers, surnommée le midi cosmique. Il y a environ 11 milliards d’années, l’univers a connu une activité intense, marquée par un taux élevé de formation d’étoiles et de galaxies. Observer un blazar actif à cette époque, c’est donc observer un trou noir alimenté, au cœur d’un univers en pleine ébullition.

Des photons qui disparaissent en chemin : comment OP 313 trahit sa propre histoire

Le plus surprenant dans cette découverte, c’est la méthode employée pour en savoir plus sur OP 313. Les rayons gamma qu’il émet ne voyagent pas dans le vide absolu.

Sur leur trajet de 8 milliards d’années-lumière, ils traversent le fond diffus extragalactique, une sorte de brume lumineuse accumulée par toutes les étoiles et galaxies qui ont existé. Certains photons gamma percutent cette lumière ambiante et s’annihilent, donnant naissance à des paires électron-positron.

Résultat : une partie du signal se perd en route. Mais cette perte n’est pas un problème, c’est au contraire une mine d’informations. En étudiant précisément ce qui manque à l’arrivée, les chercheurs ont pu remonter jusqu’à une population dense d’électrons relativistes, accélérés par le jet de plasma du trou noir central.

Selon Domenico Della Volpe, de l’Université de Genève, ces électrons accélérés transfèrent leur énergie à des photons de plus basse énergie, qui se retrouvent alors propulsés au rang de rayons gamma de très haute énergie. Les spécialistes appellent cela un scénario leptonique. Axel Arbet-Engels, également impliqué dans ces travaux, insiste sur l’intérêt de cette phase du midi cosmique pour comprendre comment les galaxies ont évolué.

L’étude a été publiée dans la revue Astronomy & Astrophysics, portée par la collaboration internationale du CTAO, le Cherenkov Telescope Array Observatory, qui exploite notamment le LST-1. Ce résultat pourrait bien constituer une avancée notable pour comprendre comment les tout premiers trous noirs supermassifs de l’univers parvenaient à accélérer des particules avec une telle efficacité.

Au final, ce sursaut de rayons gamma repéré en 2023 aura permis bien plus qu’une simple détection record. Il offre une fenêtre rare sur le midi cosmique, cette période charnière où l’univers bouillonnait de nouvelles étoiles et de nouvelles galaxies. Et il rappelle qu’avec les bons instruments, braqués au bon endroit, on peut littéralement lire l’histoire de l’univers dans la lumière qui s’éteint en chemin.