Le secret du hibou cosmique

Comment les galaxies se sont-elles formées ? Pourquoi ont-elles des formes si diverses ? Comment les éléments étaient-ils répartis dans l'univers ? Ces questions nous aident non seulement à comprendre le passé de l'univers, mais aussi à éclairer des questions bien plus vastes, comme l'avenir de notre propre galaxie et la possibilité de trouver de la vie sur d'autres planètes. Ces dernières années, notre meilleur outil pour répondre à ces questions a été le télescope spatial James Webb (JWST), qui nous permet de scruter les profondeurs du temps.

Le JWST offre la possibilité d'observer les galaxies les plus anciennes, de comparer leur évolution avec celles d'aujourd'hui et d'examiner les types d'étoiles qui les composent. Grâce à l'observation spectrale de milliers de galaxies, nous commençons à comprendre comment les éléments plus lourds que l'hydrogène se sont formés et comment cette formation a façonné l'évolution des galaxies pendant des milliards d'années.

Deux études distinctes publiées le mois dernier ont examiné une structure remarquable formée par la collision de deux galaxies à anneaux, chacune mesurant environ 26 000 années-lumière de diamètre et situées à 11 milliards d'années-lumière. Surnommé « Hibou cosmique » par certains chercheurs et « Galaxie infinie » par d'autres, ce système est une véritable carte postale cosmique de l'univers.

Le projet COSMOS (Cosmic Evolution Survey), une étude exhaustive du ciel s'appuyant sur des observations à plusieurs longueurs d'onde visant à comprendre la structure à grande échelle de l'Univers et l'évolution des galaxies au fil du temps, est une initiative de grande envergure menée grâce aux contributions du télescope spatial Hubble et de nombreux télescopes terrestres et spatiaux. Il fournit des données détaillées sur des millions de galaxies réparties sur une zone de la taille de trois pleines lunes. Le projet COSMOS-Web, créé grâce aux contributions du JWST, a réalisé l'observation infrarouge la plus profonde et la plus détaillée de cette zone à ce jour. Le système Cosmic Owl a été découvert au sein de cette mine de données, dans la région COSMOS, offrant une perspective unique sur les fusions de galaxies à grande échelle et l'origine des trous noirs supermassifs dans l'Univers primordial.

Galaxies en collision et un laboratoire unique

Ces deux galaxies, qui sont entrées en collision pour former le Hibou Cosmique, possèdent un trou noir supermassif en leur centre. Ces trous noirs, appelés « noyaux galactiques actifs » car ils dévorent violemment la matière environnante, brillent comme les yeux d'un hibou. Les observations époustouflantes du JWST, complétées par les données d'autres télescopes puissants tels que l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) et le Very Large Array (VLA), permettent une analyse détaillée.

Cette collision, estimée il y a environ 38 millions d'années, semble devoir se poursuivre pendant plusieurs centaines de millions d'années. On a découvert que la condensation du gaz moléculaire dans la région ressemblant au bec d'un hibou a déclenché une explosion massive de formation d'étoiles grâce aux ondes de choc générées par la collision. Cependant, non seulement la collision elle-même, mais aussi les jets radio générés par les particules chargées éjectées des trous noirs supermassifs au centre de la galaxie contribuent à ce processus. L'impact des jets avec le nuage de gaz moléculaire condense davantage le gaz déjà comprimé, créant une vaste pépinière stellaire où de nouvelles étoiles naissent rapidement. La structure symétrique observée dans les régions ressemblant aux yeux du hibou indique une collision frontale entre deux galaxies aux anneaux de taille et de masse approximativement identiques. Ceci est d'une grande importance pour les astronomes, car de nombreux processus critiques de l'évolution des galaxies peuvent être observés simultanément dans ce système unique. En particulier, le choc et la compression du gaz lors de la collision provoquent sa condensation dans les régions de fusion des galaxies. L'impact des jets radio sur ce gaz dense le comprime davantage, déclenchant la formation d'étoiles. Cet effet combiné révèle le rôle crucial que peuvent jouer les interactions entre galaxies dans la formation d'étoiles, et révèle également l'existence d'un mécanisme jusqu'alors mal compris mais extrêmement efficace qui permet au gaz de se transformer en étoiles.

TROISIÈME MONSTRE

Plus on examine ce système de la Chouette Cosmique, plus des choses surprenantes nous surprennent : la possibilité d'un troisième trou noir supermassif ! On estime que les deux noyaux galactiques ont une masse d'environ cent milliards de fois celle du Soleil, ce qui signifie que chacun abrite un trou noir supermassif actif en son centre. Cependant, le véritable mystère réside dans les puissants signaux radio et X provenant du centre même de ces deux noyaux. Ces signaux indiquent également la présence d'un trou noir actif à cet endroit. Comment ce troisième trou noir s'est-il formé ? Les chercheurs envisagent trois scénarios principaux : dans le scénario principal d'effondrement direct, des nuages de gaz massifs, incapables de se transformer en étoiles, s'effondrent sous l'effet de leur propre gravité, se transformant directement en trous noirs supermassifs. Le gaz entre les galaxies en collision est alors secoué, créant un environnement extrêmement dense et turbulent. Les données obtenues non seulement par le JWST, mais aussi par des télescopes terrestres tels qu'ALMA et le Very Large Array (VLA), corroborent fortement ce scénario. Si ce scénario est correct, le Hibou Cosmique pourrait détenir un indice crucial sur l'apparition des premiers trous noirs supermassifs dans l'Univers. Selon le deuxième scénario, celui du Trou Noir Migratoire, ce trou noir pourrait provenir d'une troisième galaxie. Autrement dit, il est possible qu'il s'agisse d'un trou noir « migrant » ayant auparavant fait partie d'une autre galaxie et ayant été entraîné jusqu'ici lors d'une fusion galactique. Le dernier scénario, celui du Décentralisé, prédit que ce trou noir supermassif, autrefois intégré à l'une des deux galaxies où il se trouve actuellement, a été arraché de son centre lors de violentes interactions entre les galaxies et entraîné jusqu'à son emplacement actuel.

Bien que l'effondrement direct soit actuellement le scénario le plus étudié et le plus probable, le mystérieux Hibou Cosmique est non seulement une structure visuellement saisissante, mais aussi un laboratoire naturel unique qui pourrait nous aider à comprendre la formation des trous noirs supermassifs dans l'univers primitif et l'évolution des galaxies. Si le scénario d'effondrement direct se confirme, cette découverte pourrait constituer une étape majeure vers la résolution des mystères des premiers trous noirs de l'univers.