Le télescope spatial européen Euclid a identifié 31 quasars datant de la première ère de l’univers, dont deux qui sont désormais les plus éloignés jamais observés, selon les résultats publiés dans Astronomy and Astrophysics et annoncés par l’Agence spatiale européenne le 6 juillet.
Les nouveaux objets couvrent des redshifts de 6,6 à 7,8. Douze se situent à redshift 7 ou plus, ce qui correspond aux premiers 770 millions d’années de l’univers et fait plus que doubler le nombre précédemment connu à cette distance. Avant ces travaux, seuls neuf quasars avaient été confirmés au-delà du redshift 7. On en compte désormais 23.
Les deux détenteurs du record, catalogués sous les noms EUCL J172902.75+641018.1 à redshift 7,77 et EUCL J125308.55+705432.3 à redshift 7,69, dépassent un record de 2021 de 7,64. Leur lumière est partie lorsque l’univers avait environ 670 millions d’années, soit environ 5 % de son âge actuel.
Cette découverte ne résout pas un problème de longue date, mais le rend plus difficile à éviter. Des objets comme ceux-ci sont alimentés par des trous noirs pesant de l’ordre d’un milliard de fois la masse du Soleil, et il y avait très peu de temps disponible pour construire quelque chose d’aussi lourd.
Deux objets poussent le record au-delà de Redshift 7.7
Les quasars sont les noyaux lumineux des galaxies où de grandes quantités de matière s’enroulent en spirale dans un trou noir supermassif central. Au cours de cette phase, le noyau galactique peut éclipser le reste de sa galaxie hôte des centaines, voire des milliers de fois.
Les trouver à cette distance est difficile pour une raison précise. L’expansion cosmique étend leur lumière dans le proche infrarouge, où l’atmosphère terrestre brille de mille feux et étouffe les signaux faibles.
L’approche d’Euclide combinait l’apprentissage automatique appliqué à son imagerie optique et proche infrarouge avec des données auxiliaires au sol provenant de l’Hyper Suprime-Cam, du Dark Energy Survey et du LOFAR Two-meter Sky Survey, utilisées pour confirmer la cassure Lyman-alpha qui marque une source à redshift élevé. Le Consortium Euclid rapporte que la sélection a confirmé qu’environ 30 % de ses candidats étaient de véritables quasars, soit environ dix fois l’efficacité des efforts précédents.
a déclaré Daming Yang de l’Observatoire de Leiden, auteur principal de l’article de découverte.
Le problème de la croissance Ces chiffres s’accentuent
La raison pour laquelle les astronomes se soucient d’un recensement plutôt que d’enregistrements individuels se résume aux statistiques. Jusqu’à présent, seule une poignée de quasars étaient connus de cette époque, et ceux découverts étaient les plus brillants et donc les moins représentatifs.
La combinaison d’Euclide d’un large champ de vision et d’une sensibilité élevée, atteignant une magnitude de 24,5 dans le proche infrarouge, lui permet de détecter des quasars 10 à 100 fois plus faibles que ce que les précédentes enquêtes à grand champ pouvaient atteindre. Cela signifie que l’échantillon commence à inclure des objets ordinaires plutôt que uniquement des objets extrêmes.
La question ouverte est celle du mécanisme. La croissance d’un trou noir d’un milliard de masse solaire en quelques centaines de millions d’années nécessite soit des graines initiales inhabituellement massives, une accrétion soutenue égale ou supérieure aux limites théoriques, soit une combinaison non encore bien caractérisée. Une population plus large et moins biaisée permet aux théoriciens de tester quels scénarios peuvent reproduire les chiffres observés.
Une étude de suivi complémentaire dirigée par Silvia Belladitta de l’Institut Max Planck d’astronomie a examiné le deuxième quasar le plus ancien du lot et l’a trouvé intégré dans une galaxie poussiéreuse et riche en gaz qui forme rapidement des étoiles, ce qui ajoute une contrainte sur la façon dont ces systèmes se sont assemblés.
Les observatoires américains ont confirmé
Euclide a trouvé les candidats. Leur confirmation nécessitait une spectroscopie à partir de grands télescopes au sol, et les installations américaines supportaient une grande partie de cette charge.
La confirmation spectroscopique est venue de l’observatoire Keck à Hawaï, des télescopes Magellan au Chili et du grand télescope binoculaire en Arizona. L’Hyper Suprime-Cam du télescope Subaru du Japon a fourni des images qui ont affiné la sélection.
Cette division du travail mérite d’être notée pour les lecteurs qui financent l’astronomie américaine, et la NASA a également fourni les détecteurs pour l’instrument proche infrarouge d’Euclide. Enquête sur les télescopes spatiaux. Les observatoires au sol le confirment. Ni l’un ni l’autre ne produit ce résultat à lui seul.
a déclaré Valeria Pettorino, scientifique du projet Euclid de l’ESA, dans l’annonce de l’agence.
Un recensement, pas un tableau complet
Les preuves ici sont solides par rapport aux normes du domaine. Il s’agit de détections confirmées spectroscopiquement et publiées dans une revue à comité de lecture, et non de listes de candidats ou d’affirmations préimprimées.
Les limites concernent l’exhaustivité plutôt que la fiabilité. Les résultats s’appuient sur environ un an et demi de données Euclid Wide Survey, soit une fraction de l’empreinte éventuelle de la mission sur six ans, et les méthodes de sélection sont adaptées pour trouver des objets avec des couleurs et une luminosité particulières. Les quasars fortement obscurcis par la poussière ou tombant en dehors de l’espace colorimétrique modélisé seraient manqués.
Les valeurs de redshift à ces distances comportent une incertitude de mesure et les allégations de record ont parfois été révisées. Les estimations de la masse des trous noirs pour de tels objets dépendent de relations d’échelle calibrées sur des systèmes proches, une méthode standard avec des limites systématiques connues.
Il est important de noter que cette étude n’explique pas comment les trous noirs se sont développés. Il quantifie le problème plus précisément.
Calendrier de publication des données
La première publication majeure de données d’Euclide, DR1, est prévue pour fin 2026 et correspondra à une année d’observations, produisant la plus grande carte de l’univers jamais réalisée depuis l’espace en lumière visible et infrarouge. Cette version permettra à des équipes indépendantes de réanalyser les images d’enquête et de rechercher des objets que la sélection de l’équipe de découverte aurait pu manquer.
Euclid a été lancé en juillet 2023 et a commencé ses observations scientifiques de routine le 14 février 2024. Le Wide Survey couvrira à terme plus d’un tiers du ciel, et l’équipe s’attend à ce que la campagne complète de six ans révèle des centaines de quasars plus éloignés, y compris potentiellement le premier au-delà du redshift 8.
Pour les lecteurs, le point pratique à retenir est simple. Ce n’est pas un résultat qui change quoi que ce soit sur Terre. Il s’agit d’une mesure qui réduit l’éventail des explications viables sur la façon dont les plus grands trous noirs de l’univers ont vu le jour, et la prochaine mise à jour significative arrivera avec la publication des données plus tard cette année.
Foire aux questions
Qu’est-ce qu’un quasar ? Le noyau extrêmement lumineux d’une galaxie où la matière tombant dans un trou noir supermassif libère une énergie énorme, éclipsant souvent toute la galaxie environnante.
Combien ont été trouvés ? Trente et un, dont douze à redshift 7 ou supérieur. Avant ces travaux, seuls neuf étaient confirmés au-delà du redshift 7, et le total est désormais de 23.
Quel âge a la lumière ? Les deux objets les plus éloignés sont vus tels qu’ils étaient lorsque l’univers avait environ 670 millions d’années, soit environ 5 % de son âge actuel.
Pourquoi est-ce un casse-tête ? Ces trous noirs pèsent de l’ordre d’un milliard de masses solaires, et la construction de quelque chose d’aussi lourd en quelques centaines de millions d’années est difficile à expliquer avec des modèles de croissance standards.
Quels télescopes étaient impliqués ? Euclide a trouvé les candidats. Keck à Hawaï, Magellan au Chili et le Large Binocular Telescope en Arizona les ont confirmés spectroscopiquement, avec le soutien d’imagerie de Subaru.
Cela explique-t-il la formation des trous noirs ? Non. Il fournit un échantillon plus large et moins biaisé sur lequel les théoriciens peuvent tester leurs explications.
Quand aura lieu la prochaine publication de données ? La première publication majeure de données d’Euclide est prévue pour fin 2026, couvrant une année d’observations.
