Comment les premiers trous noirs supermassifs ont-ils grandi si vite ?
Des quasars alimentés par des trous noirs de ~10^9 masses solaires existaient déjà à z > 7, moins de 800 millions d'années après le Big Bang. Les graines de résidus stellaires accrétant à la limite d'Eddington ne peuvent croître assez vite, poussant les théoriciens vers des « graines lourdes » — trous noirs à effondrement direct ou fusions en chaîne dans des amas denses.
Pourquoi c'est difficile
L'époque des graines (z ~ 15–30) dépasse les limites d'observation actuelles ; la formation de graines lourdes requiert des conditions très spécifiques (gaz sans métaux plus un fort rayonnement Lyman-Werner empêchant la fragmentation) que les simulations montrent rares et éphémères.
Indices actuels
JWST a trouvé une abondance surprenante de trous noirs surmassifs dans les galaxies « little red dot » à z > 4, et des hôtes candidats d'effondrement direct (p. ex. UHZ1, un quasar X de ~10^7–10^8 M☉ à z ≈ 10). La seule abondance semble favoriser une forme de canal à graines lourdes.
Approches possibles
Relevés JWST/NIRSpec plus profonds des quasars z > 8 et de la dynamique de leurs hôtes, détection LISA en ondes gravitationnelles des chaînes de fusions de masse intermédiaire, recherches X ATHENA/Lynx de graines en accrétion, et simulations radiatives-hydrodynamiques de l'effondrement direct.
Sujets liés
Sources
- Black Holes — NASA Science
- What Are Active Galactic Nuclei? — NASA Science
- Webb Telescope Overview — NASA Science
- Astronomers Capture First Image of a Black Hole — M87* — Event Horizon Telescope Collaboration