La NASA se prépare à lancer le télescope spatial romain Nancy Grace. La date de lancement est fixée au août. 30, 2026. Mais le timing pourrait sembler un peu tardif pour l’histoire cosmique. D’ici là, le télescope aura l’occasion de revenir sur une époque violente connue sous le nom de « midi cosmique ».
C’était il y a 11 à 12 milliards d’années. Une période chaotique. Une période compliquée.
Et c’est exactement à ce moment-là que les trous noirs déchiraient les étoiles. Ces événements sont appelés événements de perturbation des marées, ou TDE. Ils sont la clé pour résoudre l’un des plus gros problèmes de l’astronomie : comment les trous noirs sont-ils devenus si gros si rapidement ?
Les TDE expliquent le milieu manquant
Soyons clairs sur la mécanique. Lorsqu’une étoile dérive trop près d’un trou noir supermassif, la gravité l’emporte. Le trou noir étire l’étoile. C’est ce qu’on appelle souvent la « spaghettitification ». La star est déchiquetée. Tourbillons de plasma. Le trou noir mange.
C’est compliqué. C’est lumineux. Et c’est le seul moyen de voir des trous noirs plus légers.
Les trous noirs supermassifs se cachent généralement derrière les horizons des événements. La lumière ne peut pas s’échapper. Vous ne pouvez pas les voir à moins qu’ils mangent. Et tous les trous noirs n’ont pas faim.
Les plus légers – ceux dont la masse est comprise entre 100 000 et 100 millions de fois la masse de notre soleil – sont difficiles. Ils n’engloutissent pas constamment la matière. Ils entrent en sommeil. Jusqu’à ce qu’une star fasse une erreur.
C’est là qu’interviennent les TDE. Ils brillent suffisamment pour éclipser toute la galaxie hôte. Ils allument les lumières des trous noirs qui autrement resteraient sombres.
Mais voici l’énigme. Des recherches scientifiques antérieures suggéraient que les TDE étaient rares au début de l’univers. Pourquoi? Parce que les premiers trous noirs étaient considérés comme trop petits pour déchiqueter les étoiles. Trop petit signifie aucune perturbation des marées. Pas de TDE.
Les nouvelles données ne sont pas d’accord. Une étude récente suggère que les TDE auraient pu être courants à midi cosmique. Plus précisément, 1 à 2 milliards d’années après le BigBang.
Stratégie d’enquête de Roman
Entrez dans le télescope spatial romain.
Ce n’est pas simplement un autre successeur de Hubble. C’est un outil spécialisé. Son enquête dans le domaine temporel aux hautes latitudes observera à plusieurs reprises des parcelles de ciel. La superficie qu’elle couvre équivaut à 90 pleines lunes.
À plusieurs reprises.
Pourquoi répéter le point de vue ? Parce que les événements transitoires – les événements qui éclatent et s’estompent – sont éphémères. Roman doit les surprendre en train de changer.
Les scientifiques estiment que Roman détectera des milliers de TDE chaque année. Et pas seulement à proximité. Des centaines d’entre eux remonteront au midi cosmique.
“Le télescope spatial romain va transformer la [science transitoire]”, a déclaré Mitchell Karmen. “Nous pouvons détecter de multiples événements de perturbation des marées sur des distances plus grandes et à des époques cosmiques plus précoces que jamais.”
Il vient de l’Université Johns Hopkins. Il sait de quoi il parle.
C’est important. Il ne s’agit pas seulement de compter les événements. Il s’agit de compter les bons.
Résoudre le casse-tête de la croissance des trous noirs
Le télescope spatial James Webb renvoie des données depuis juillet 2022. Ce qu’il trouve est problématique.
JWST continue de repérer des trous noirs supermassifs alors que l’univers avait moins d’un milliard d’années.
Pensez à cette chronologie. Un milliard d’années. C’est ça. Pour que les trous noirs atteignent ces masses – des millions ou des milliards de soleils – il leur faut du temps. Ils ont besoin de fusions. Ils ont besoin de nourriture. Un milliard d’années, ce n’est pas suffisant selon les modèles standards.
A moins que… les graines soient différentes.
Il existe deux théories principales sur la façon dont ces monstres ont commencé.
La théorie des graines de lumière
C’est le modèle d’effondrement stellaire. Des étoiles massives meurent. Ils s’effondrent en petits trous noirs. Celles-ci commencent avec seulement quelques centaines de masses solaires.
Ensuite, ils mangent. Ils fusionnent. Ils grandissent vite. Mais ils commencent petit.
Si cela est vrai, l’univers primitif devrait être rempli de ces trous noirs de masse intermédiaire. Et s’ils sont intermédiaires, ils devraient produire des TDE.
La théorie des graines lourdes
Celui-ci est plus direct. Aucune étoile n’est nécessaire. Juste des nuages géants de gaz et de poussière primordiaux s’effondrant directement dans des trous noirs.
Ceux-ci commencent gros. Peut-être des milliers de masses solaires. Ils sautent la petite phase. Ils grandissent du saut.
Mais ce processus est rare. Cela nécessite des conditions spécifiques et denses. Si les graines lourdes sont la règle, alors les trous noirs intermédiaires – et leurs TDE – devraient être rares à midi cosmique.
Alors, comment choisir ?
Vous comptez les TDE.
Si Roman détecte des milliers d’événements de perturbation des marées au cours de cette époque, il pointe vers des graines lumineuses. Les trous noirs étaient courants, ils se développaient à partir de restes stellaires et déchiquetaient les étoiles.
Si le décompte est faible ? Les graines lourdes constituent alors probablement la principale voie d’accès. Les trous noirs sont nés d’un effondrement direct, ne laissant que peu d’objets intermédiaires susceptibles de provoquer des perturbations.
La chasse commence
Roman ne se contentera pas de confirmer ces théories. Cela les affinera.
La haute sensibilité du télescope lui permet de voir de faibles éruptions lointaines. Des fusées éclairantes que Hubble ou même JWST pourraient manquer. Il chasse les fantômes des premières galaxies.
Et il les chasse efficacement.
Le ciel est bondé à midi cosmique. Les galaxies fusionnent. Le gaz circule. C’est un environnement turbulent. Les trous noirs sont actifs. Les étoiles tombent.
Roman va se pencher directement sur le désordre.
Trouvera-t-il les graines de lumière ? Ou les graines lourdes tiendront-elles bon terrain ? Les données le diront.
Et il le fera en regardant le ciel se briser. Encore. Et encore. Et encore.
