Les astronomes ont découvert la source unique d’émissions radio la plus lointaine et la plus ancienne de l’univers connu. Cette source est l’un des accélérateurs de particules les plus puissants de l’univers : un quasar à 13 milliards d’années-lumière de la Terre crachant des jets de particules à une vitesse proche de celle de la lumière.
Les quasars sont parmi les objets les plus anciens, les plus éloignés, les plus massifs et les plus brillants de l’univers. Ils constituent les noyaux des galaxies où un trou noir supermassif en rotation rapide s’engouffre dans toute la matière incapable d’échapper à son emprise gravitationnelle. Alors que le trou noir dévore cette matière, il émet également une énorme quantité de rayonnement qui, collectivement, peut être plus de mille milliards de fois plus lumineux que les étoiles les plus brillantes, faisant des quasars les objets les plus brillants de l’univers observable.
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« même si ces objets sont si lumineux, ils peuvent être observés très loin », a déclaré Chiara Mazzucchelli, qui a dirigé la découverte avec Eduardo Bañados, à Live Science. « Lorsque des galaxies comme la Voie Lactée sont trop faibles pour être détectées et étudiées à ces distances, nous pouvons utiliser ces quasars très lumineux pour étudier lorsque l’univers était très jeune. Nous parlons d’une époque où les premières étoiles et galaxies se sont formées. »
Ce quasar en particulier, nommé P172 + 18, est une relique d’environ 780 millions d’années après le Big Bang et révèle des indices sur l’un des premiers âges de l’univers — l’époque de la réionisation. Au début de cette période, l’univers était obscurément voilé par un nuage d’hydrogène gazeux essentiellement uniforme. Les scientifiques appellent cette époque l’âge des ténèbres de l’univers, car la plupart de la lumière émise a été rapidement absorbée par le gaz chargé de manière neutre. Finalement, la gravité a effondré le gaz primordial dans les premières étoiles et les premiers quasars, qui ont commencé à chauffer et à ioniser les gaz environnants, laissant passer la lumière.
Mazzucchelli, astronome à l’Observatoire Européen Austral au Chili, et Bañados, astronome à l’Institut Max Planck d’astronomie en Allemagne, ont repéré le quasar pour la première fois en utilisant les Télescopes Magellan à l’Observatoire de Las Campanas au Chili. Ils ont observé la signature radio révélatrice laissée par de puissants jets de particules en éruption au-dessus et au-dessous du trou noir. Les particules ultra-rapides émettent une énorme quantité d’ondes radio. Les scientifiques appellent ces quasars « radio-forts » et pensent que leurs jets de particules accélérées, qui ne sont visibles que dans environ 10% des quasars, jouent un rôle central dans l’évolution des premières galaxies.
D’autres observations de télescopes, dont l’Observatoire Keck à Hawaï et le Very Large Telescope au Chili, ont montré que P172+18 est près de 300 millions de fois plus massif que le soleil et fait partie des quasars à la croissance la plus rapide jamais découverts. Le problème est que les scientifiques ne savent pas comment un trou noir est devenu si massif si tôt dans l’univers. Les jets radio pourraient être une explication.
« Des études théoriques disent que la présence de jets radio peut augmenter la vitesse à laquelle le trou noir mange de la matière, ce qui signifie qu’ils peuvent permettre à un trou noir de croître beaucoup plus rapidement et pourrait expliquer pourquoi ils sont si massifs si tôt », a déclaré Mazzucchelli. « En même temps, les jets radio peuvent également avoir un impact sur la galaxie entourant le quasar en influençant la formation des étoiles. »
Cependant, la frénésie alimentaire du trou noir n’a peut-être pas duré longtemps. Lorsque les astronomes ont comparé leurs observations les plus récentes à un relevé du ciel effectué plus de deux décennies auparavant, ils ont découvert que le quasar avait perdu la moitié de sa luminosité, signalant que le quasar atteignait peut-être les dernières étapes de sa vie.
Balises dans l’obscurité
Mazzucchelli a décrit les quasars comme des lampes de poche lointaines qui éclairent un temps et un espace spécifiques dans l’histoire de l’univers. Chaque nouveau quasar découvert révèle un autre patch dans la chronologie entre le Big Bang et l’univers que nous voyons aujourd’hui. Elle espère que l’équipe de recherche trouvera beaucoup plus de quasars à proximité à l’avenir.
En effet, peu de temps après leur découverte de P172+18, les astronomes ont trouvé une seconde balise d’ondes radio à proximité. Si d’autres observations confirment que cette source radio compagnon se trouve à la même distance que le quasar, il pourrait s’agir de la paire de galaxies actives la plus éloignée jamais découverte. Les chercheurs espèrent que des télescopes tels que le télescope spatial James Webb de la NASA seront en mesure de déterminer la distance exacte de la source radio.
Les résultats des chercheurs seront publiés dans un prochain numéro de The Astrophysical Journal.
Initialement publié sur Live Science.