Le télescope spatial James-Webb scrute depuis des années les couches lumineuses de l’Univers avec une précision inégalée. Il recherche des indices sur les premiers instants cosmiques, quelques centaines de millions d’années après le Big Bang, et tente de comprendre la nature même de notre Univers.
Les astrophysiciens se posent de nombreuses questions fondamentales : existe-t-il vraiment de la matière noire ? Comment se forment les trous noirs supermassifs extrêmement précoces alimentant les noyaux actifs de galaxies ? Ces énigmes restent au cœur des recherches actuelles qui analysent les observations accumulées.
Une nouvelle publication scientifique examine les données collectées sur la galaxie GHZ2, également appelée Glass-z12. Cette galaxie lointaine a été étudiée à la fois par le James-Webb en infrarouge et par Alma, le radiotélescope géant implanté dans le désert d’Atacama au Chili, qui observe les ondes millimétriques.
Selon les chercheurs, GHZ2 contient un trou noir colossal seulement 350 millions d’années après le Big Bang. Cette découverte défie les modèles théoriques actuels, qui ne peuvent pas expliquer l’existence aussi précoce de tels objets dans l’histoire cosmique. Elle soulève des questions majeures sur la matière noire et les trous noirs primordiaux.
Depuis des décennies, les scientifiques savent que des trous noirs supermassifs, contenant des millions voire des milliards de masses solaires, génèrent les phénomènes énergétiques des noyaux actifs galactiques. Ces objets produisent des jets de matière relativiste s’étendant sur des milliers d’années-lumière.
La détection de GHZ2 aurait été impossible sans l’effet de lentille gravitationnelle produit par l’amas de galaxies Abell 2744. Cet amas riche en matière noire amplifie et magnifie les images des galaxies lointaines en arrière-plan. Le James-Webb a pu exploiter cette loupe naturelle pour observer cette galaxie extrêmement distante.
Dans le cadre de la campagne Glass, les astrophysiciens avaient déjà utilisé l’amas Abell 2744 avec le télescope Hubble. Leur expérience a permis de fournir à la communauté scientifique des images exploitables pour les observations avec le James-Webb.
Comment les chercheurs confirment-ils la présence d’un noyau actif galactique dans cette galaxie lointaine ? Le James-Webb détecte des raies d’émission du carbone ionisé très intenses. Ces photons ont voyagé des milliards d’années avant de nous parvenir, et l’expansion de l’Univers a étiré leurs longueurs d’onde.
Les spectres observés en infrarouge correspondent à des émissions originellement produites en ultraviolet et lumière visible. Les scientifiques y identifient la raie C IV, provenant du carbone triplement ionisé, c’est-à-dire ayant perdu trois électrons. Ce processus est bien compris en laboratoire et obéit aux lois de la mécanique quantique.
Pour produire des ions C IV en quantités suffisantes et générer les raies d’émission détectées, le rayonnement des jeunes étoiles massives ne suffit pas. Seul le rayonnement extrêmement puissant d’un trou noir supermassif actif peut ioniser le carbone de cette manière. Cette signature spectrale révèle inévitablement la présence d’un quasar primitif dans GHZ2.
