Des astrophysiciens russes ont étudié un grand trou noir dans l'Univers primitif

Un groupe international de scientifiques, dont des astrophysiciens de l'Institut russe de physique et de technologie de Moscou, a étudié un blazar très brillant et très éloigné de notre Galaxie – un trou noir supermassif émettant des ondes radio directement vers la Terre. Les chercheurs ont essentiellement étudié le passé, car le signal de ce trou noir a mis 11 milliards d’années à nous parvenir. Le blazar a « illuminé » les scientifiques à une époque où notre Univers était presque 10 fois plus jeune. Cela a confirmé la théorie selon laquelle la densité de matière dans l’Univers primitif était bien plus grande qu’elle ne l’est aujourd’hui, ce qui renforce à son tour la théorie du Big Bang. Les travaux ont été publiés dans la revue Astrophysical Bulletin, publiée par l'Observatoire spécial d'astrophysique de l'Académie des sciences de Russie.

Tout d’abord, rappelons ce que sont les blazars et en quoi ils diffèrent des trous noirs et des quasars ordinaires. Au centre de la plupart des grandes galaxies se cachent des trous noirs supermassifs – des objets dont la masse varie de millions à des milliards de fois celle de notre Soleil. Lorsque de la matière (gaz, poussière, étoiles) tombe sur un tel trou noir, elle forme un disque d’accrétion – une structure chaude qui rayonne intensément sur toute la gamme du spectre électromagnétique. Les quasars sont le type de noyaux galactiques actifs le plus puissant et le plus lumineux. Leur luminosité peut être des milliers de fois supérieure à la luminosité de la galaxie mère entière, qui est composée de centaines de milliards d’étoiles. Les quasars sont si brillants qu’ils sont visibles depuis les confins de l’Univers observable. Certains quasars (il n’y en a qu’environ 10 à 15 %) sont également « radio bruyants » : ils émettent un rayonnement puissant dans la gamme radio. Ce rayonnement est généré dans des jets – des faisceaux étroits de plasma éjectés à proximité du trou noir central à des vitesses proches de la vitesse de la lumière. Ainsi, ces quasars radio-bruyants, dont les jets sont dirigés presque exactement vers la Terre, possédant une luminosité accrue parmi tous les types de trous noirs connus, sont appelés blazars par les scientifiques. La variabilité de leur luminosité est observée dans toute la gamme électromagnétique - du rayonnement gamma dur et des rayons X aux ondes radio, ce qui permet de les enregistrer à des distances énormes.

Comme l'a rapporté le MIPT à MK, divers groupes scientifiques ont observé le blazar PKS 1614+051, situé à une distance colossale de nous – plus de 11 milliards d'années-lumière, pendant 27 ans. Pour atteindre ces objectifs, les scientifiques ont utilisé un ensemble impressionnant d'instruments d'observation : l'unique radiotélescope russe RATAN-600 et le Grand Télescope Azimutal (BTA) avec un 6ème miroir principal, appartenant à l'Observatoire Astrophysique Spécial de l'Académie des Sciences de Russie, deux radiotélescopes de 32 mètres RT-32 de l'Institut d'Astronomie Appliquée de l'Académie des Sciences de Russie en Bouriatie, un radiotélescope de 22 mètres en Crimée RT-22, un certain nombre de télescopes optiques en Russie et aux États-Unis.

Le rayonnement que les scientifiques reçoivent actuellement de cette source a été émis lorsque l’Univers n’avait que 10 à 15 % de son âge actuel.

Alexander Popkov, chercheur au Laboratoire de recherche fondamentale et appliquée sur les objets relativistes de l'univers au MIPT, a parlé de la recherche.

– Qu’est-ce qui est intéressant et inhabituel dans le blazar observé ?

- C'est l'objet le plus éloigné de nous parmi les blazars bien observés. Nous avons testé toutes les hypothèses et modèles créés par les scientifiques concernant ce type de blazars. Nous avons également pu révéler pour la première fois grâce à l’analyse qu’il existe un grand nuage d’hydrogène tournant autour de ce trou noir. On s’attendait à ce que ce soit exactement ce qui se soit produit dans l’Univers primitif, quand il était beaucoup plus dense. De nombreuses nouvelles étoiles et trous noirs se sont formés, il y avait moins d'hélium et plus d'hydrogène. Les premières jeunes étoiles étaient presque entièrement constituées d’hydrogène. Ils étaient énormes, ont vécu très peu de temps et ont explosé.

- Et de quoi se forment les étoiles maintenant ?

– Notre Soleil est la troisième génération d’étoiles, il contient de l’hydrogène, beaucoup plus d’hélium et des éléments lourds. Une autre différence entre la nouvelle génération d’étoiles est qu’elles se forment moins fréquemment que la première génération. Cela se produit parce qu’il y a beaucoup moins de nuages ​​de matière et de gaz dans l’espace à partir desquels ils peuvent naître.

– Peut-on dire qu’en observant le blazar PKS 1614+051, on voit le passé ?

- Oui, c'est vrai. Nous observons et résumons toutes les informations reçues à ce sujet par différents groupes scientifiques. Nous avons combiné pour la première fois des données optiques et radiofréquences. En particulier, le fait que le blazar émet en raison de l'interaction avec l'environnement, et que cet environnement, c'est-à-dire le nuage d'hydrogène situé à côté de lui, tourne très rapidement.

– Comment ces connaissances peuvent-elles aider à construire un modèle de « création du monde » ?

– Tout d’abord, ils aideront à créer un modèle plus précis du développement de l’Univers au moment de l’émergence des trous noirs supermassifs, et peut-être à répondre à la question de savoir comment la matière noire et l’énergie noire se sont formées. Il existe actuellement différents modèles de particules de matière noire qui interagissent faiblement ou pas du tout avec la matière ordinaire, et nous ne savons pas si elles peuvent former leurs propres amas et formations.

Observer PKS 1614+051 pendant près de trois décennies, c'est comme regarder un film sur la vie d'un moteur cosmique géant dans l'Univers primitif, mais au ralenti.