Au cours du premier milliard d'années de l'univers, les vents soufflant des trous noirs supermassifs au centre des galaxies étaient beaucoup plus fréquents et puissants que ceux observés dans les galaxies modernes environ 13 milliards d'années plus tard. De tels vents étaient si puissants qu'ils ont ralenti la croissance des trous noirs supermassifs d'où ils ont émergé. Ce sont les résultats d'une étude menée par trois scientifiques de l'Institut national italien d'astrophysique (INAF) à Trieste, publiée récemment dans la revue Nature.
Le travail est basé sur les observations de 30 quasars prises avec le Very Large Telescope (VLT) à l'Observatoire Paranal de l'ESO au Chili. Les quasars sont des sources ponctuelles extrêmement lumineuses au cœur des galaxies lointaines, dont le rayonnement est dû à l'activité intense des trous noirs supermassifs centraux qui absorbent la matière environnante. Les galaxies hôtes de ces quasars ont été observées à l'aube cosmique, lorsque l'univers avait entre 500 millions et 1 milliard d'années.
"Pour la première fois, nous avons mesuré la fraction de quasars dans le jeune univers qui présentent des vents de trou noir", explique Manuela Bishetti, chercheuse à l'INAF de Trieste et première auteure de la nouvelle étude. "Contrairement à ce que nous observons dans l'univers plus proche de nous, nous avons constaté que les vents des trous noirs dans le jeune univers sont très courants, ont une vitesse élevée allant jusqu'à 17% de la vitesse de la lumière, et jettent beaucoup d'énergie dans la galaxie hôte ".
Environ la moitié des quasars examinés dans cette étude montrent des vents de trou noir beaucoup plus courants et 20 fois plus puissants que ceux connus dans les quasars de l'univers plus proche, lorsque l'univers avait environ 4 milliards d'années.
"Les observations de trous noirs dans le jeune univers montrent qu'ils se développent beaucoup plus rapidement que leurs galaxies hôtes, tandis que dans l'univers local, les trous noirs et les galaxies co-évoluent", ajoute Chiara Feruglio, co-auteur de l'étude et chercheuse à l'INAF de Trieste. "Cela signifie qu'à un moment donné de l'univers, un mécanisme qui ralentit la croissance des trous noirs aurait dû fonctionner. Nos observations nous ont permis d'identifier ce mécanisme dans les vents des trous noirs qui ont surgi lorsque l'âge de l'univers était de 0,5 à 1 milliard d'années."
Ainsi, l'énergie libérée par les vents pourrait stopper une nouvelle accrétion de matière sur le trou noir, ralentir sa croissance et initier une phase de « co-évolution » entre le trou noir et sa galaxie hôte. "Cette étude nous a permis d'identifier une époque dans l'histoire de l'univers où l'influence des vents des trous noirs est devenue significative", ajoute Bishetti. "Cela a de profondes implications pour notre connaissance des phases initiales de croissance des trous noirs et de leurs galaxies, imposant de fortes contraintes aux modèles décrivant la formation des premières galaxies."
Cette découverte inattendue a été rendue possible grâce aux données de haute qualité de l'instrument Xshooter installé sur le VLT dans le cadre du programme majeur de l'ESO, qui comprend environ 250 heures d'observations.
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