Si les premiers trous noirs s’effondraient directement, pourrions-nous détecter les signaux radio de ces moments-là ?

L’univers est rempli de trous noirs supermassifs. Il y en a un à 30 000 années-lumière au centre de la Voie lactée. La plupart des galaxies ont une seule galaxie, et certaines sont plus massives qu’un milliard d’étoiles. Nous savons que de nombreux trous noirs supermassifs se sont formés dans l’univers primitif. Par exemple, le quasar TON 618 est alimenté par un trou noir de 66 milliards de masses solaires. Avec sa lumière voyageant environ 11 milliards d’années pour nous atteindre, TON 618 était déjà massive lorsque l’univers avait quelques milliards d’années. Alors, comment ces trous noirs sont-ils devenus si massifs si rapidement ?

Une idée est que certains Les premières étoiles étaient des géantes. Avec une masse de plus de 10 000 soleils, une telle étoile aurait une durée de vie extrêmement courte et s’effondrerait bientôt dans un grand trou noir. Ces premiers trous noirs agiront comme des graines au centre de la galaxie, consommant la matière à proximité pour grossir rapidement. Certains d’entre eux peuvent même entrer en collision et fusionner pour former un trou noir plus grand. Bien qu’il s’agisse d’un modèle raisonnable, les simulations informatiques ont montré que ce processus prenait beaucoup de temps. Ce processus ne peut pas produire le genre de trous noirs que nous voyons dans l’univers primitif comme TON 618.

Une autre idée est connue sous le nom de scénario de crash direct. Dans ce modèle, un petit trou noir supermassif se forme une fois. Le gaz dense au milieu de la galaxie primordiale s’est suffisamment refroidi pour s’effondrer sous son propre poids, formant un trou noir. Étant donné que ces trous noirs auront une longueur d’avance sur la masse, ils peuvent rapidement devenir les trous noirs supermassifs que nous observons.

Nous n’avons pas encore pu observer l’effondrement direct du trou noir (DCBH). Il y a quelques années, deux candidats DCBH ont été découverts grâce à leurs signaux infrarouges. Cela pourrait être confirmé lorsque (éventuellement) les télescopes spatiaux James Webb seront lancés plus tard cette année. Mais une étude récente soutient que nous observons peut-être le DCBH à travers ses signatures radio.

Lorsque les trous noirs consomment activement de la matière à proximité, ils peuvent former de puissants jets de plasma chaud. Ces jets émettent des sons radioactifs et sont l’un des moyens d’en apprendre davantage sur les trous noirs supermassifs. Les trous noirs à effondrement direct devraient contenir des jets similaires, mais le matériau du jet serait beaucoup plus dense. Et puisque les DCBH se formeront dans l’univers primitif, leurs signaux radio seront plus décalés vers le rouge. Ce dernier travail soutient que la signature radio des DCBH sera de structure similaire, mais facilement distinguable des jets radio que nous voyons aujourd’hui. La signature sera également différente des jets créés par les graines noires.

Malheureusement, ces radiosources à fort décalage vers le rouge ne peuvent pas être vues par les radiotélescopes actuels. Mais il devrait être suffisamment lumineux pour être détecté par Square Kilometer Array (SKA) et le Very Large Array (ngVLA) de prochaine génération proposé.

Référence: Yue, B et A. Ferrare. « Signaux radio des trous noirs effondrement direct précoce.  » Avis mensuels de la Royal Astronomical Society 506.4 (2021) : 5606-5618.