Les lanternes rouges du cosmos : ce que cachent les objets compacts de l'Univers primordial ✛ ✎ ✦

Lorsque le télescope spatial James Webb a plongé son regard dans les profondeurs du temps, les astronomes s'attendaient à voir des galaxies familières. Mais au lieu de cela, les images se sont révélées parsemées d'une multitude de points rouges, brillants et incroyablement compacts. Ces objets, surnommés affectueusement « petites points rouges » (LRD), se sont avérés être non pas des cités d'étoiles, mais quelque chose de bien plus étrange — semblables à de minuscules lanternes célestes dont la flamme, cachée aux yeux, fait rage à l'intérieur.

Imaginez une lanterne asiatique traditionnelle : du papier de riz fin tendu sur une armature, avec un feu qui vacille à l'intérieur. Le papier adoucit la lumière, la rendant mielleuse, rougeâtre. Ainsi en est-il des LRD : en leur cœur, ce n'est pas une bougie, mais un trou noir supermassif en accrétion, autour duquel tourbillonne une « enveloppe » de gaz dense. Le rayonnement ultraviolet, né du frottement de la matière qui tombe, perce difficilement cette coquille hétérogène, perdant au passage les photons bleus et ressortant déjà cramoisi. Chaque photon qui nous parvient est comme un messager fatigué, ayant passé des milliers d'années à errer dans un labyrinthe de gaz. C'est cette lumière rougie que les spectrographes de JWST ont captée.

Pour voir sous le « papier », l'équipe de Makoto Ando a utilisé une technique statistique puissante — l'empilement médian des spectres d'environ une centaine de LRD. Les spectres ont été regroupés en fonction de la force de la discontinuité de Balmer — une chute brutale du rayonnement au-delà du seuil d'ionisation de l'hydrogène, découverte jadis par Johann Jakob Balmer. Cette discontinuité est comme une marche soudaine sur laquelle le spectre semble buter. Dans les spectres empilés, d'autres détails sont apparus : des raies d'émission brillantes du carbone (CIII] et CIV), de l'hélium (HeII) et de l'oxygène (OIII]). Il s'est avéré que plus cette chute est abrupte, plus le continuum ultraviolet est rouge et plus la source est compacte. La pente, appelée indice spectral UV $\beta_{UV}$, est d'environ –2 pour les galaxies normales en formation d'étoiles, et en moyenne de –1.4 pour les LRD ; comme si quelqu'un avait jeté une couche supplémentaire de gaze sur chaque lanterne.

Tous ces indices brossent le tableau d'un passé lointain où les trous noirs croissaient en mode d'« accrétion super-Eddington », absorbant la matière bien plus rapidement que la limite théorique prédite par Karl Schwarzschild. Les LRD sont les embryons des futurs géants galactiques, le moment où le moteur central est déjà en marche, mais où le cocon n'est pas encore tombé. La nature semble jouer à cache-cache avec nous, masquant la naissance tumultueuse des trous noirs derrière des rideaux de gaz. De futures observations en spectroscopie à haute résolution et en rayons X permettront de voir comment la lumière s'échappe à travers les brèches de l'enveloppe, et de comprendre d'où viennent, dans l'Univers jeune, des monstres de milliards de masses solaires en seulement quelques centaines de millions d'années. Ce n'est pas seulement un épisode particulier de l'astrophysique — c'est une avancée vers la résolution de l'évolution des galaxies elles-mêmes.

Peut-être que les LRD sont le chaînon manquant entre les premières étoiles et les quasars modernes. Leur étude nous oblige à repenser les modèles de formation des structures, dont Edwin Hubble a posé les bases avec sa découverte de l'expansion de l'Univers, et où la matière noire et le gaz ne jouent pas seuls un rôle clé, mais aussi la rétroaction active des trous noirs en croissance. Lorsque les futurs télescopes de nouvelle génération retireront les abat-jour de papier de ces lointaines lanternes, nous verrons quelque chose de stupéfiant — le moment du démarrage des plus grandes machines énergétiques de l'Univers.