Des astronomes découvrent un nouvel objet astrophysique : l'étoile trou noir

**Des astronomes du MIT ont détecté un objet qui combine des caractéristiques d'étoile et de trou noir. Il émet 100 milliards de fois plus d'énergie que n'importe quelle étoile connue, défiant ainsi les modèles astrophysiques actuels.

• L'objet, baptisé MoM-BH-1, a été observé à seulement quelques centaines de millions d'années du Big Bang.*
• Il contient un trou noir central de 100 000 masses solaires entouré d'un nuage dense d'hydrogène.
• Cette découverte pourrait expliquer les mystérieux "petits points rouges" qui apparaissent dans presque toutes les images du James Webb.

Le télescope spatial James Webb (JWST) a détecté un point rouge extrêmement brillant dans l'univers primitif.

L'objet ressemble à une énorme étoile, de la taille de notre système solaire, mais émet 100 milliards de fois plus d'énergie que n'importe quelle étoile connue ne peut physiquement produire.

En fait, de telles énergies se rapprochent davantage de ce qu'un trou noir pourrait générer.

La combinaison curieuse suggère que le point rouge est un tout nouveau type de source astrophysique.

Les astronomes l'appellent une "étoile trou noir".

La découverte avec le télescope James Webb

L'équipe d'astronomes du MIT et d'autres institutions a publié son analyse dans la revue Nature.

Ils ont utilisé le télescope spatial James Webb de la NASA pour observer l'univers très tôt, à peine quelques centaines de millions d'années après le Big Bang.

Le point rouge brillant s'est démarqué parmi les images de l'espace profond.

L'auteur principal, Rohan Naidu, boursier Hubble de la NASA et Pappalardo à l'Institut Kavli d'Astrophysique et de Recherche Spatiale (MKI) du MIT, a expliqué que l'image de l'objet évolue très rapidement.

Selon Naidu, ils pensent qu'il y a un trou noir central qui est 100 000 fois plus massif que le soleil.

Qu'est-ce qu'une étoile trou noir ?

L'objet est probablement un nuage de gaz extrêmement dense, propulsé non par la fusion nucléaire standard, mais par un trou noir central.

La combinaison d'un trou noir et d'une étoile n'avait jamais été observée jusqu'à présent.

Autour du trou noir, il y aurait un enveloppe de gaz très étendue qui apparaît comme une étoile de la taille du système solaire.

Naidu a souligné que cette enveloppe est "énorme".

Le trou noir en accrétion, en tant que source d'énergie, joue le rôle de la fusion nucléaire, et le gaz dense environnant agit de manière similaire à une pseudo-photosphère.

L'indice des petits points rouges

Si le point rouge brillant est effectivement une étoile trou noir, cela aiderait à résoudre l'identité d'autres mystérieux "petits points rouges".

Ces points sont apparus dans presque toutes les images de l'espace profond que le JWST a prises jusqu'à présent.

Naidu a noté que ces petits points rouges semblent être partout dans l'univers primitif, mais disparaissent essentiellement à l'époque actuelle.

L'identité de ces objets a été l'un des sujets les plus débattus de l'ère du JWST.

Les co-auteurs du MIT de l'étude incluent Robert Simcoe, directeur du MKI et professeur de physique, et Wendy Sun, ainsi que des collaborateurs de plusieurs institutions.

La recherche de galaxies primitives

Naidu et ses collègues n'avaient pas l'intention de trouver une étoile trou noir.

Ils cherchaient les galaxies les plus lointaines et les plus anciennes dans le cadre d'une étude appelée "Mirage ou Miracle" (MoM).

L'équipe a utilisé le JWST pour observer l'espace profond lorsque l'univers avait quelques centaines de millions d'années.

Leur objectif était de rechercher des galaxies qui se sont réellement formées à cette époque primitive.

Naidu a expliqué qu'il y avait une énigme de nombreuses galaxies brillantes qui apparaissent à des époques extrêmement précoces.

Une découverte singulière

En examinant les images du JWST, ils ont remarqué un point très rouge et très brillant qui se démarquait du reste.

Simcoe a expliqué que lorsqu'on voit quelque chose de très rouge dans l'univers, on suppose souvent qu'il est entouré de poussière.

Il a comparé l'effet à celui de la fumée des incendies de forêt au Canada qui a rendu le ciel de Boston rouge vif.

Les objets astronomiques peuvent apparaître plus rouges que leur couleur intrinsèque lorsqu'ils sont vus à travers un voile de poussière.

Cependant, d'autres signatures dans la lumière ne correspondaient pas à ce que les physiciens attendent de la poussière.

La rupture de Balmer la plus profonde

L'équipe a observé un autre motif étrange : la lumière du point était extrêmement brillante, sauf en dessous de certaines longueurs d'onde.

La lumière disparaissait complètement à ces longueurs d'onde.

Cette chute spectrale est connue sous le nom de "rupture de Balmer".

Traditionnellement, elle est associée à un gaz dense qui absorbe des photons dans les atmosphères d'étoiles âgées de quelques centaines de millions d'années.

Vega, l'une des étoiles les plus brillantes du ciel nocturne, montre exactement ce motif.

Une composition presque pure

La rupture observée dans cet objet est la plus profonde jamais observée dans n'importe quel objet.

Cela écarte les étoiles "ordinaires" comme source, selon Naidu.

Le motif a amené l'équipe à se demander si elle voyait un nouveau type "d'atmosphère stellaire" à une échelle spectaculaire.

De plus, la lumière du point rouge ne contenait presque aucune signature de métaux ou d'éléments autres que l'hydrogène et l'hélium.

Naidu a affirmé que l'objet était "véritablement singulier à bien des égards".

Des simulations pour percer le mystère

Pour comprendre la source du point rouge, l'équipe a réalisé des simulations de différents scénarios.

Ils cherchaient quelle combinaison de caractéristiques astrophysiques pourrait produire la couleur distinctive du point rouge.

Simcoe s'est demandé s'il était possible de faire quelque chose d'aussi rouge en utilisant uniquement de l'hydrogène, sans poussière.

La surprise a été de découvrir que oui, c'est possible, si l'on a un écran extrêmement dense d'hydrogène.

Cette densité ressemblerait davantage à la surface d'une étoile énorme qu'à une nébuleuse interstellaire faible.

La source d'énergie impossible

Les simulations indiquaient que le point rouge pourrait être une source d'énergie puissante enveloppée dans un cocon extrêmement dense d'hydrogène.

Cela expliquerait la rupture de Balmer qui bloque la lumière et l'absence d'autres éléments.

Cependant, cela n'expliquait pas l'extrême luminosité de l'objet.

Naidu a souligné qu'il y a quelque chose qui ressemble un peu à une étoile mais qui est 100 milliards de fois plus brillant.

Cette énergie ne peut pas être alimentée par fusion nucléaire, la source d'énergie au cœur de toutes les étoiles connues.

Les trous noirs comme réponse

Les trous noirs, en revanche, produisent régulièrement de l'énergie à des échelles que l'équipe a observées.

Naidu et ses collègues ont incorporé un trou noir actif en accrétion dans leurs simulations de l'étoile avec un cocon d'hydrogène.

Ils ont varié la masse du trou noir, ainsi que d'autres paramètres.

Ils ont ensuite comparé la luminosité résultante de l'"étoile de trou noir" simulée avec la luminosité observée par le JWST.

La correspondance la plus proche a amené l'équipe à conclure que le scénario le plus probable est une étoile de trou noir.

Le premier objet de son genre

L'objet contient probablement un trou noir central d'environ 100 000 fois la masse du soleil.

Ce noyau puissant est entouré d'un cocon dense d'hydrogène, semblable à une étoile, de taille comparable à celle du système solaire.

L'équipe a nommé l'objet MoM-BH*-1, en hommage à l'étude qui l'a détecté.

Le surnom "étoile de trou noir -- un" implique qu'il s'agit du premier d'autres.

Les chercheurs soupçonnent que les étoiles de trou noir pourraient expliquer de nombreux autres petits points rouges dans les images du JWST.

La signification des points rouges

Chaque petit point rouge est cohérent avec une étoile de trou noir intégrée dans une galaxie primitive générique, selon Naidu.

Ce qui est spécial avec MoM-BH*-1, c'est que l'étoile de trou noir surpasse essentiellement en luminosité sa galaxie hôte environnante.

Cela signifie que les astronomes voient "de la lumière pure d'étoile de trou noir".

Cette découverte révolutionne la compréhension des objets compacts dans l'univers primitif.

La recherche a été soutenue par le Département de physique du MIT, la NASA et l'Institut des sciences du télescope spatial.