Les astronomes utilisant le radiotélescope Very Large Array (VLA) de la National Science Foundation pour étudier le quasar le plus éloigné connu ont trouvé un indice alléchant qui pourrait répondre à une longue question cosmique de la poule et de l'œuf: qui est venu en premier, des trous noirs supermassifs ou des galaxies géantes?
Pendant des années, les astronomes ont noté une relation directe entre la masse du trou noir supermassif central d'une galaxie et la masse totale du «renflement» des étoiles en son cœur. Plus le trou noir est massif, plus le renflement est massif. Les scientifiques ont beaucoup spéculé sur la formation du premier trou noir ou du renflement stellaire. Récemment, certaines théories ont suggéré que les deux pourraient se former simultanément.
Cependant, les nouvelles observations VLA d'un quasar et de sa galaxie hôte vues telles qu'elles étaient lorsque l'Univers avait moins d'un milliard d'années indiquent que la jeune galaxie a un trou noir supermassif mais pas de bombement massif d'étoiles.
«Nous avons trouvé une grande quantité de gaz dans cette jeune galaxie et, lorsque nous ajoutons la masse de ce gaz à celle du trou noir, ils totalisent presque la masse totale de l'ensemble du système. La dynamique de la galaxie implique qu'il ne reste plus beaucoup de masse pour compenser la taille du renflement stellaire prévue par les modèles actuels », a déclaré Chris Carilli, de l'Observatoire national de radioastronomie (NRAO), à Socorro, NM.
Les scientifiques ont étudié un quasar surnommé J1148 + 5251, qui, à plus de 12,8 milliards d'années-lumière, est le quasar le plus éloigné jamais trouvé. Découverte en 2003 par le Sloan Digital Sky Survey, J1148 + 5251 est une jeune galaxie avec un noyau de quasar brillant vu comme il était lorsque l'Univers n'avait que 870 millions d'années. L'Univers a maintenant 13,7 milliards d'années.
Visant le VLA à J1148 + 4241 pendant environ 60 heures, les chercheurs ont pu déterminer la quantité de gaz moléculaire dans le système. De plus, ils ont pu mesurer les mouvements de ce gaz, et ainsi estimer la masse totale du système galactique. Des études antérieures du système avaient produit des estimations que le trou noir était de 1 à 5 milliards de fois la masse de notre Soleil.
Les nouvelles observations VLA indiquent qu’il existe environ 10 milliards de masses solaires de gaz moléculaire dans le système et que la masse totale du système est de 40 à 50 milliards de masses solaires. Le gaz et le trou noir combinés représentent ainsi 11 à 15 milliards de masses solaires sur ce total.
«Le ratio accepté indique qu'un trou noir de cette masse devrait être entouré d'un renflement stellaire de plusieurs billions de masses solaires. Notre mesure dynamique montre qu'il ne reste pas beaucoup de masse, à l'exception du trou noir et du gaz, pour former un renflement stellaire. Cela prouve que le trou noir se forme avant le renflement stellaire », a déclaré Fabian Walter, de l'Institut Max Planck de radioastronomie à Heidelberg, en Allemagne, qui était boursier postdoctoral Jansky au NRAO de Socorro lorsque les observations ont été faites.
"Un exemple ne fait certainement pas l'affaire, mais dans cet objet nous avons apparemment un exemple d'un trou noir sans beaucoup de renflement stellaire. Maintenant, nous devons faire des études détaillées de plusieurs de ces objets dans l'Univers lointain et lointain », a déclaré Carilli. "Avec la sensibilité considérablement améliorée de la VLA étendue et de la grande matrice millimétrique d'Atacama (ALMA), qui entrera en ligne dans quelques années, nous disposerons des outils nécessaires pour résoudre définitivement cette question", a ajouté Carilli.
"Des études comme celle-ci sont la clé pour comprendre comment les galaxies se sont formées pour la première fois", a déclaré Walter.
Walter et Carilli ont travaillé avec Frank Bertoldi et Karl Menten du Max Planck Institute de Bonn; Pierre Cox de l'Institut d'astrophysique spatiale de l'Université Paris-Sud; Fred K.Y. Lo du NRAO à Charlottesville, VA; Xiahui Fan de l'Observatoire des délégués syndicaux de l'Université de l'Arizona; et Michael Strauss de l'Université de Princeton, sur le projet. Leurs résultats de recherche sont publiés dans le Astrophysical Journal Letters.
L'Observatoire national de radioastronomie est un établissement de la National Science Foundation, exploité en vertu d'un accord de coopération par Associated Universities, Inc.
Source d'origine: Communiqué de presse de l'ORANO
