Le télescope spatial James Webb pourrait avoir franchi une nouvelle étape majeure dans la compréhension des débuts de l’Univers. Des astronomes ont détecté de gigantesques trous noirs supermassifs dans des galaxies formées moins de 600 millions d’années après le Big Bang — des objets si massifs, si précoces, qu’ils bouleversent nos théories sur la croissance cosmique initiale.
Un trou noir géant découvert à 570 millions d’années après le Big Bang
L’un des cas les plus frappants est celui de la galaxie CANUCS-LRD-z8.6. Grâce au spectrographe infrarouge NIRSpec du James Webb, les chercheurs ont observé un trou noir supermassif de 100 millions de masses solaires au centre d’une galaxie pesant à peine 5 milliards de masses solaires.
Ce déséquilibre inattendu entre la masse du trou noir et celle de sa galaxie hôte remet en cause le consensus actuel. « Cela suggère que les trous noirs dans l’univers précoce ont peut-être grandi beaucoup plus rapidement que les galaxies qui les accueillent », explique le Dr Nicholas Martis. Traditionnellement, les scientifiques considèrent qu’un trou noir croît en harmonie avec sa galaxie. Ici, l’évolution du trou noir semble dépasser la cadence stellaire, laissant penser à des mécanismes d’accrétion bien plus efficaces que prévu.
Cap sur les origines : un trou noir déjà massif à 500 millions d’années
La galaxie CAPERS-LRD-z9 offre un aperçu encore plus ancien. Le trou noir observé, vieux d’environ 13 milliards d’années, atteindrait 38 millions de masses solaires. Rapporté à sa galaxie, cela représente près de 5 % de sa masse stellaire totale — une proportion bien supérieure à ce qu’on observe dans des galaxies locales telles que la Voie lactée.
Cette concentration extrême de masse indique une possible formation initiale via des « seed massifs », c’est-à-dire des embryons de trous noirs très lourds dès leur naissance. Alternativement, une phase d’accrétion ultra-rapide pourrait avoir démarré dès les premiers millions d’années d’existence galactique.
LID-568 : un régime de croissance défiant les lois actuellement admises
Plus tard dans l’histoire cosmique, environ 1,5 milliard d’années après le Big Bang, les astronomes ont détecté LID-568. Ce trou noir accrète la matière à une cadence 40 fois supérieure à la limite d’Eddington, soit la limite physique dictée par la pression de radiation théorique.
« Ce cas extrême montre qu’un mécanisme d’alimentation rapide au-dessus de la limite d’Eddington est l’une des explications possibles de l’apparition de trous noirs très lourds si tôt dans l’Univers », souligne Julia Scharwächter. Ce phénomène, appelé régime super-Eddington, pourrait fournir une solution au mystère de la croissance rapide des trous noirs primordiaux.
Des outils à la pointe pour sonder l’obscurité cosmique
Ces percées ont été possibles grâce au NIRSpec, l’un des instruments clés du James Webb. Il permet de capter et d’analyser la lumière infrarouge extrêmement faible émise par les galaxies très lointaines. L’étude spectrale révèle des signatures spécifiques — émissions de gaz, raies d’ionisation — témoignant de la présence de trous noirs en cours de formation.
Ces premières observations seront bientôt complétées par d’autres installations de pointe, notamment l’observatoire ALMA au Chili. Elles permettront de caractériser plus précisément le gaz interstellaire, les environnements stellaires et les conditions physiques entourant ces trous noirs antiques.
Des modèles de croissance remis en question
Ces découvertes soulèvent des questions fondamentales. Jusqu’à présent, on considérait que la croissance des trous noirs et celle de leur galaxie hôte étaient étroitement corrélées. Mais la détection de trous noirs aussi massifs aussi tôt dans l’histoire remet ce lien en cause et invite à repenser nos modèles d’évolution galactique.
S’agit-il d’un processus où les trous noirs naissent déjà massifs ? Ou bien leur croissance serait-elle alimentée de façon continue et rapide, échappant aux limitations classiques telles que la limite d’Eddington ? Ces premières réponses ne font qu’accroître l’intérêt croissant pour l’exploration des phases primordiales du cosmos.
Une nouvelle ère de la cosmologie
Depuis 2022, le télescope James Webb poursuit avec régularité des observations ciblées sur des galaxies lointaines. Les récentes annonces publiées en août et novembre 2025 mettent en lumière une population de jeunes galaxies hébergeant déjà des trous noirs d’une masse colossale.
Ces résultats ouvrent la voie à une meilleure compréhension des structures galactiques dans l’Univers primitif. Les télescopes futurs comme l’Extremely Large Telescope offriront une résolution accrue pour explorer ces objets devenus les véritables fossiles de notre cosmos.