Les deux terribles : la détection d'un trou noir chez un enfant dans l'univers des bébés

de Sahil Hegde | 6 juillet 2023 | Résumés quotidiens des journaux | 0 commentaire

Titre:Un petit trou noir vigoureux dans l’univers primitif

Auteurs:Roberto Maiolino, Jan Scholtz, Joris Witstok et al.

Institution du premier auteur : Kavli Institute for Cosmology, Université de Cambridge, Cambridge, Royaume-Uni ; Laboratoire Cavendish – Groupe d'astrophysique, Université de Cambridge, Cambridge, Royaume-Uni ; Département de physique et d'astronomie, University College London, Londres, Royaume-Uni

Statut:soumis

Alors que nous approchons du premier anniversaire de la publication des premières images de JWST, c'est le moment idéal pour revenir sur certaines de ses grandes découvertes. Observant dans l'infrarouge, JWST a été conçu en partie pour étudier la formation et l'évolution des premières galaxies de l'univers. Sur ce plan, il a dépassé les attentes, battant des records de distance galactique et remettant en question nos modèles de structure et de démographie des premières galaxies. Un exemple parfait de la puissance de JWST réside dans les nouvelles informations que nous pouvons apprendre de l’ancien détenteur du record (avant JWST) de la galaxie la plus éloignée, nommée de manière accrocheuse GN-z11.

Depuis qu’elle a été identifiée photométriquement comme une galaxie candidate à fort redshift en 2016, GN-z11 a fait l’objet de beaucoup d’enthousiasme, en grande partie parce qu’elle constituait notre vision la plus claire de la nature des galaxies de l’univers naissant. Non seulement GN-z11 était la galaxie au redshift le plus élevé jamais détecté jusqu'à présent (avec un redshift d'environ 11, ce qui la place seulement environ 400 millions d'années après le Big Bang), mais elle est également exceptionnellement brillante pour son âge. Et non, je ne veux pas dire que c'était de la lecture au niveau secondaire, à la maternelle. Autrement dit, elle est trois fois plus brillante qu'une galaxie typique à z ~ 6-8, lorsque l'univers avait déjà près d'un milliard d'années et que les galaxies devraient être beaucoup plus grandes. GN-z11 a déjà été longuement discuté dans d'autres extraits (comme ces deux-là sur sa confirmation spectroscopique et son origine), qui étaient basés sur des observations effectuées avec le télescope spatial Hubble et d'autres études au sol.

Compte tenu de cet intérêt, GN-z11 était une cible d’observation naturelle pour certains des premiers programmes scientifiques menés par JWST. L'article d'aujourd'hui se penche sur ces observations et présente des preuves pour expliquer la luminosité remarquable de cette galaxie : peut-être y a-t-il quelque chose qui joue à cache-cache dans la galaxie et la fait briller si fort !

Comment détecter un AGN à z élevé

Même avec les observations effectuées avant le lancement de JWST, GN-z11 a été identifié comme une galaxie remarquablement lumineuse. En supposant que toute cette lumière provient de la lumière des étoiles, nous estimerions que la masse des étoiles dans la galaxie équivaut à environ un milliard de soleils, soit environ un facteur dix de moins que la masse stellaire de la Voie lactée, ce qui la rend également exceptionnellement massive compte tenu de son âge. Cependant, une explication possible de sa luminosité frappante est qu’une grande partie de la lumière est produite par un trou noir supermassif qui s’accumule activement au centre de la galaxie (un soi-disant noyau galactique actif, ou AGN). La présence d'un objet de grande luminosité comme un AGN aiderait parfaitement à détendre une partie de la tension associée à la détection de GN-z11 et d'autres galaxies similaires « sur » lumineuses dans l'univers primitif. Bien qu'il s'agisse d'une idée potentiellement convaincante, répondre de manière concluante à cette question nécessite une détection précise des raies d'émission dans le spectre de la galaxie – le banc d'essai parfait pour les instruments à haute résolution du JWST !

En effet, les auteurs d'aujourd'hui utilisent les données collectées avec le spectrographe proche infrarouge (NIRSpec) à bord du JWST, qui couvre la gamme de longueurs d'onde de 1 à 5 microns. Parce que la lumière a été étirée par l'expansion de l'univers, ou décalée cosmologiquement vers le rouge, les raies observées dans cette plage sont en fait émises dans l'ultraviolet ou optiquement par les atomes de la galaxie avant d'être étirées dans l'infrarouge. En fait, certaines des raies les plus fortes, celles utilisées pour identifier le redshift de la galaxie, sont produites par des transitions électroniques dans des atomes qui ont été ionisés et excités dans le milieu interstellaire de la galaxie (par exemple, dans une région HII). Par conséquent, la détection de diverses raies d’émission indique la présence d’éléments particuliers et reflète l’état d’ionisation (lire : fraction d’atomes d’un type particulier qui ont été ionisés) du gaz observé.