JWST révèle des trous noirs et galaxies qui défient les théories

Le télescope spatial James Webb a révélé des centaines de « petits points rouges » intrigants, apparus environ 650 millions d'années après le Big Bang, ce qui remet en question la compréhension qu'ont les astronomes de l'univers primordial. Ces objets, jamais observés avant la mise en service du télescope en 2022, s'ajoutent à plusieurs mystères, notamment des trous noirs qui semblent impossibles à leur âge et des galaxies anciennes qui défient les théories établies de l'évolution cosmique.

L'astrophysicienne Charlotte Mason, du Cosmic Dawn Center à Copenhague, a analysé le spectre de la lumière d'un de ces petits points rouges. Si ces objets sont des trous noirs enveloppés dans des nuages de gaz denses, une partie de la lumière devrait être modifiée en traversant le gaz, mais l'analyse de son équipe n'a pas montré cela. Mason soupçonne désormais que le gaz pourrait être grumeleux, avec des trous permettant à la lumière de s'échapper, ce qui correspondrait mieux aux observations.

Les trous noirs repérés par JWST dans l'univers primordial ont des masses allant jusqu'à un milliard de fois celle du Soleil, ce qui pose un défi majeur aux théoriciens. « Pour les rendre aussi gros aussi rapidement, il faut faire des acrobaties », a déclaré Jenny Greene, astrophysicienne à l'université de Princeton. L'effondrement stellaire standard produirait des trous noirs d'environ 100 masses solaires, mais atteindre un milliard de masses solaires rapidement nécessite un « gavage » au-delà de la limite d'Eddington. Des simulations récentes indiquent que l'accrétion super-Eddington pourrait se produire si le disque d'accrétion gonfle, permettant au gaz de s'engouffrer à des vitesses extraordinaires. En 2024, JWST a observé un trou noir datant d'environ 1,5 milliard d'années après le Big Bang, accrétant à 40 fois la limite d'Eddington.

Un autre petit point rouge, datant d'environ 750 millions d'années après le Big Bang et déformé par lentille gravitationnelle par un amas de galaxies en avant-plan, a été identifié comme un trou noir supermassif « nu » d'environ 50 millions de masses solaires. Sans étoiles environnantes discernables, cet objet pourrait s'être formé par effondrement direct d'un nuage de gaz plutôt que par une graine stellaire.

Les galaxies précoces sont également étonnamment brillantes. Rachel Somerville, chercheuse principale au Flatiron Institute, a présenté de nouvelles simulations lors d'une réunion à Helsingør, au Danemark, en avril 2026. Elle a expliqué que la formation d'étoiles s'accélère significativement environ 420 millions d'années après le Big Bang, et qu'à 550 millions d'années, une « belle galaxie » émerge. La galaxie la plus ancienne trouvée par JWST n'existait que 280 millions d'années après le Big Bang. Les explications proposées pour cette brillance incluent une formation d'étoiles plus efficace, des sursauts périodiques ou la création d'étoiles extrêmement massives.

L'instrument infrarouge moyen de JWST a révélé que les galaxies précoces sont étonnamment diverses. Certaines semblent avoir éliminé le gaz et la poussière, ne montrant que des étoiles nues, tandis que d'autres restent riches en gaz. Une surabondance d'azote dans certaines galaxies suggère la présence de nombreuses étoiles très massives qui ont explosé en supernovae, ensemençant les galaxies avec cet élément.

Ces observations sont liées à l'époque de la réionisation, lorsque le rayonnement des premières galaxies et des trous noirs a ionisé l'hydrogène neutre, mettant fin à l'âge sombre cosmique. Les premières étoiles, pensées pour être des centaines ou des milliers de fois plus massives que le Soleil, ont forgé des éléments lourds et les ont dispersés par des supernovae. « Nous regardons ce qui nous a créés », a déclaré Lise Christensen, astrophysicienne au Cosmic Dawn Center.