Un marathon de 13 milliards d'années a commencé avec des poids différents. Cent masses solaires, c'est plus léger qu'un nuage de gaz. Cent mille, c'est la domination gravitationnelle, comparable à un éléphant parmi des chatons. C'est ainsi que se présentaient les graines de trous noirs qui, à notre époque, devaient se transformer en géants supermassifs. Le télescope James Webb les a surpris en pleine enfance et s'est étonné : de minuscules galaxies, mais au centre, un trou d'une masse de milliards de soleils. Un tel sprint exigeait une explication.

Il y a deux explications. Soit les graines naissaient lourdes – par effondrement direct du gaz, en contournant le stade d'étoile. Soit les restes légers des premières étoiles parvenaient à engloutir du gaz à une vitesse vertigineuse, dépassant de plusieurs dizaines de fois la limite fixée par la barrière d'Eddington (le taux d'accrétion maximal). Pour départager cette compétition, l'astrophysicienne Sophie Koudmani et ses collègues ont construit douze univers virtuels, AESOPICA. Dans chacun, un coureur recevait sa masse initiale et son régime « alimentaire ». Et les juges-observateurs, incarnés par Webb, ajoutaient la condition principale d'une course équitable : ils ne chronométraient que ceux que l'on peut réellement voir.

Un cube d'espace de 60 mégaparsecs (environ 200 millions d'années-lumière) a été calculé depuis l'époque où l'Univers n'avait que 200 millions d'années jusqu'à nos jours. Les graines sont parties avec des masses allant de 100 à 100 000 masses solaires. En mode standard, l'accrétion de gaz était limitée par le taux d'Eddington – une sorte de « ration autorisée ». Dans le scénario ultra-rapide, des poussées décennales de « gloutonnerie » étaient permises. Mais l'outil principal était le filtre balmersopica. Il prenait les catalogues virtuels et regardait quels noyaux actifs apparaîtraient dans les expositions réelles de Webb, grâce à la raie large de l'hydrogène – un marqueur spectroscopique d'activité. Sans cela, toute comparaison du modèle avec les données n'est qu'un ajustement.

Les résultats sont parlants : au décalage vers le rouge de six (l'Univers avait alors environ un milliard d'années), pratiquement n'importe quel coureur prenait la tête s'il dépassait au moins parfois la limite d'Eddington. Avec l'alimentation la plus modeste, seuls les poids lourds conservaient un avantage notable. Mais le plus important, c'est que presque tous les objets détectables se situent bien au-dessus de la ligne médiane du modèle. Cela signifie que le télescope sélectionne les noyaux les plus brillants et les plus hyperactifs. Autrement dit, ce ne sont pas les coureurs ordinaires qui entrent dans le cadre, mais seulement les sprinteurs au sommet de leur forme.

Ces simulations soutiennent le scénario « d'abord le trou, ensuite la galaxie » : le trou noir s'ancre dans le potentiel de sa galaxie hôte dès la phase d'assemblage des étoiles. À notre époque, la signature de la graine s'efface dans les systèmes massifs, mais elle persiste dans les galaxies naines – là où le coureur n'a jamais rattrapé ses concurrents. La course continue, mais on comprend désormais que les participants sont partis de lignes différentes et n'ont pas couru au même rythme. Le poids du chaton ou de l'éléphant n'est qu'une partie de l'histoire. L'essentiel, c'est qui a réussi à manger le premier.