Les galaxies sont des amas de milliards d'étoiles qui hébergent presque toutes, en leur centre, un trou noir supermassif. Cette observation soulève une question fondamentale pour la compréhension de la formation de l'univers: les galaxies se sont-elles formées autour des trous noirs, ou bien les trous noirs centraux ont-ils été créés après que des milliards d'étoiles se soient assemblées en galaxies? Des astronomes pensent avoir trouvé la réponse à cette version cosmologique du problème de l'oeuf et de la poule.
Pour tenter de résoudre cette question, une équipe internationale d'astronomes a d'abord noté que les galaxies relativement proches de nous possèdent une caractéristique commune: peu importe leur taille, leur trou noir central correspond environ à un millième de la masse de la galaxie.
«Ce rapport constant indique que la croissance du trou noir et de la partie centrale de la galaxie est liée dans une espèce de relation interactive», souligne Dominik Riechers de Caltech, un des coauteurs de cette étude, qui est dirigée par Chris Carilli de l'Observation national de radio-astronomie.
Ces astronomes ont ensuite considéré des galaxies très lointaines. Pourquoi? Comme la lumière voyage à une vitesse limitée, le fait de regarder loin dans l'univers signifie qu'on remonte dans le temps.
À titre d'exemple, une galaxie située à 10 milliards d'années-lumière est observée actuellement telle qu'elle était il y a 10 milliards d'années, le temps qu'il a fallu pour que sa lumière parvienne à la Terre. À l'inverse, une galaxie relativement proche nous apparaît telle qu'elle était beaucoup plus récemment; elle a donc eu le temps d'évoluer.
Les astronomes ont ainsi observé des galaxies si lointaines qu'elles apparaissent telles qu'elles étaient au cours du premier milliard d'années qui a suivi le «Big Bang» (le début de l'univers qui se serait produit il y a 13,7 milliards d'années). Pour ces galaxies jeunes et primitives, le rapport constant observé dans les galaxies évoluées ne tient plus.
«Les trous noirs dans ces jeunes galaxies sont beaucoup plus massifs, comparés aux galaxies, que ce qu'on observe dans l'univers proche», indique Fabian Walter de l'Institut Max Planck de radio-astronomie (Allemagne), lui aussi co-auteur de cette étude.
Si les trous noirs centraux avaient une importance relative plus grande dans les débuts de l'univers, on est conduit à penser que ces objets exotiques jouent un rôle primordial dans la formation des galaxies.
«Il semble que les trous noirs soient apparus les premiers. Les preuves s'accumulent», explique Chris Carilli de l'Observation national de radio-astronomie.
Comme très souvent le cas, cette découverte soulève plus de questions qu'elle n'apporte de réponses. Les astronomes chercheront désormais à comprendre par quels mécanismes les trous noirs supermassifs et les galaxies interagissent pour parvenir à un rapport de masse constant d'un millième. Les projets de radiotélescopes «Expanded Very Large Array» (EVLA) et «Atacama Large Millimeter/submillimeter Array» (ALMA), tous deux en construction, pourraient fournir la puissance nécessaire à la résolution de ces énigmes.
Cette étude de Chris Carilli et de ses collaborateurs a été présentée au congrès de la Société américaine d'astronomie, à Long Beach (Californie).
Pour aller plus loin:
- Communiqué de l'Observation national de radio-astronomie
- Articles de Wikipedia sur les trous noirs supermassifs et les galaxies
Sur le blogue Science, lire également les articles récents Trou noir supermassif au centre de la Voie lactée et Nasa: un trou noir près du système solaire?.
(Photo: galaxie d'Andromède/Wikipedia)
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