Il est probable qu'une des collisions entre trous noirs les plus titanesques que l'on ait observées n'aurait été qu'un mirage. Elle s'est réellement produite, mais l'Univers nous aurait joué un petit ...

Il arrive que les trous noirs entrent parfois en collision entre eux ; selon une étude parue il y a deux ans, celui trônant au sein de notre propre galaxie (Sagittarius A*) serait même né de cette manière. Ces événements se produisent régulièrement, en particulier dans les régions denses de l’univers où les étoiles massives s’accumulent (comme les amas globulaires). Le 23 novembre 2023, par exemple, les deux interféromètres de LIGO (_Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory_), aux États-Unis, **captèrent simultanément une fluctuation dans la courbure de l’espace-temps** (voir encadré ci-dessous). Le signal fut baptisé GW231123, et, selon les chercheurs qui l’ont analysé, il ne pouvait être provoqué que par une collision entre deux trous noirs. Leurs masses combinées atteignaient entre 190 et 265 fois celle du Soleil : du jamais vu dans l’histoire de l’astronomie gravitationnelle. Mais il y a un hic : des trous noirs aussi massifs, tournant de surcroît à une vitesse vertigineuse (proches de la limite théorique de rotation), **ne devraient tout simplement pas exister selon les modèles standards d’évolution stellaire**. Ils entrent en plein dans ce que les astrophysiciens nomment : la « _pair-instability mass gap_ », une zone de masses théoriquement _interdite_ (grosso modo entre 60 et 130 masses solaires) dans laquelle les processus nucléaires à l’œuvre dans les étoiles massives en fin de vie empêchent la formation de trous noirs. À ce titre, GW231123 ne rentrait dans aucune case de nos modèles prédictifs, et aucune des hypothèses avancées depuis n’avait fait consensus. Une équipe de l’Institut Max-Planck de physique gravitationnelle (Institut Albert Einstein) à Potsdam, vient tout juste de proposer une hypothèse qui, si elle se confirme, pourrait expliquer son origine :**les deux trous noirs qui se sont rencontrés il y a presque trois ans n’étaient pas si massifs qu’on ne le pensait**. L’espace-temps désigne un cadre géométrique à quatre dimensions unissant les trois dimensions spatiales (longueur, largeur, hauteur) et la dimension temporelle au sein d’un continuum unique. Les événements physiques s’y produisent donc sur une structure dont la courbure varie sous l’effet de la masse et de l’énergie, guidant la trajectoire des corps. ## La grande manipulation de nos données par le vide spatial Ce serait par un effet prédit par Albert Einstein en 1915, dans sa théorie de la relativité générale, que GW231123 aurait trompé les chercheurs : l’effet de lentille gravitationnelle. Lorsque la lumière émise par une source lointaine passe à proximité d’un objet suffisamment massif (trou noir, galaxie, amas de galaxies, par exemple),**elle est déviée de sa trajectoire rectiligne par la géométrie de l’espace qu’elle traverse**. Selon les lois de la relativité générale, **toute masse déforme l’espace-temps autour d’elle**. L’exemple du tissu, pour comprendre ce phénomène un peu abstrait, est très bien trouvé : si vous tendez une nappe et que vous y placez plusieurs balles de tennis, ajoutez au centre une boule de pétanque (plus lourde, donc) ; la nappe se creusera autour d’elle et toutes les balles alentour dévieront de leur position initiale, attirées vers le centre par la cuvette que la boule a formée dans le tissu. **L’espace-temps se comporte un peu de la même manière** : un objet massif déforme sa structure au point que la lumière qui passe à proximité suit ces courbures, emprunte des chemins multiples et parvient à l’observateur amplifiée, parfois même dédoublée en images multiples d’une seule source. Un phénomène que les astronomes exploitent pour sonder les régions les plus lointaines de l’univers, mais qui s’applique également aux ondes gravitationnelles. C’est l’hypothèse de Srashti Goyal, Héctor Villarrubia-Rojo et Miguel Zumalacárregui, auteurs de cette nouvelle étude concernant GW231123 parue le 25 août 2026 dans la revue _The Astrophysical Journal Letters_. À la différence des photons qui composent la lumière, les ondulations de l’espace-temps subissent des effets de diffraction et d’interférence lorsqu’elles rencontrent un objet compact dont le rayon gravitationnel est comparable à leur longueur d’onde, **ce qui modifie non seulement leur amplitude mais aussi leur forme**. À cet effet de lentille s’ajoute **un second phénomène de distorsion, tout aussi trompeur : le décalage vers le rouge cosmologique** (appelé « _redshift_ » en anglais), conséquence de l’expansion de l’Univers. **Lui aussi impacte les ondes gravitationnelles** , qui voient leur longueur d’onde s’étirer et leur fréquence diminuer, comme c’est le cas du son d’une sirène d’ambulance s’éloignant de vous, qui vous semble plus grave que celui qu’elle ne produit réellement (effet Doppler). Schéma explicant le phénomène de lentille gravitationnelle. © NASA, ESA & L. Calçada) ## Des chiffres vertigineux redescendus sur terre Ces deux amplifications, une fois combinées, expliquent, selon les auteurs pourquoi les algorithmes de LIGO ont attribué aux trous noirs de GW231123 des masses aussi extrêmes. Finalement, après de nouvelles modélisations, les chercheurs ont ramené la masse totale des deux trous noirs à **140 masses solaires ; un seuil qui ne dépasse plus les limites du « _pair-instability mass gap_ »** _._ Leur vitesse de rotation, que les premières analyses plaçaient dangereusement près de 90 % de la limite théorique, redescendent elles aussi à des niveaux parfaitement explicables par nos modèles théoriques. L’équipe n’est toutefois pas encore en mesure d’affirmer pleinement que GW231123 constitue **la première onde gravitationnelle influencée par l’effet de lentille gravitationnelle**. « _La nature de la lentille reste un mystère majeur dans notre analyse, car des lentilles compactes individuelles de 100 à 1 000 masses solaires devraient être extrêmement rares_ », reconnaît Zumalacárregui. Il aurait donc fallu qu’un objet de cette catégorie, déjà très difficile à trouver, se trouve précisément sur la trajectoire exacte du signal pour le dévier. Pour lever le doute, il faudra **patienter jusqu’à l’arrivée de la prochaine génération de détecteurs, plus sensibles** , qui sauront faire la différence entre une onde gravitationnelle vierge, et **une autre qui aura été déformée par une lentille gravitationnelle**. Si l’hypothèse de l’équipe venait à se vérifier, nous pourrions ainsi **retourner cet effet de l’espace-temps à notre avantage** : détection de fusions de trou noirs se produisant dans des recoins reculés du cosmos, calcul plus précis de la vitesse de l’expansion de l’Univers, ou même nous aider dans la grande traque de la matière noire. **De nombreuses applications sont envisageables** , mais nous devrons **attendre au moins jusqu’à la décennie suivante ou celle d’après** (avec l’arrivée de _Cosmic Explorer_ aux États-Unis et de l’ _Einstein Telescope_ en Europe, par exemple) pour **confirmer ou infirmer cette piste théorique**.

Depuis 2022, des centaines de minuscules taches rouges parsèment certaines des images rapportées par James Webb, sans que la communauté scientifique ne se soit accordée sur leur véritable nature. Des ...

James Webb venait tout juste d’entrer en service ; c’était le 12 juillet 2022, jour où nous sont parvenues ses premières images en haute définition. Dans les mois qui ont suivi, alors que les astronomes les épluchaient, une anomalie visuelle émergea : **des centaines de points rouges compacts** étaient disséminés dans les images des galaxies les plus lointaines. Trop lumineux pour être des étoiles ordinaires, trop petits pour être des galaxies, ils ne correspondaient à aucun objet déjà catalogué. L’astrophysicien Jorryt Matthee, de l’Institut de science et technologie d’Autriche, les a baptisés « _little red dots_ » (littéralement « _petits points rouges_ ») : depuis, ils ont tenu les scientifiques en échec. En 2025, 341 en avaient été répertoriés dans l’univers primitif, sans qu’aucune étude ne propose une explication qui fasse consensus. Jusqu’à ce que, le 13 août, une étude publiée dans la prestigieuse revue _Nature_ par une équipe internationale menée par Rohan Naidu, astrophysicien au MIT, propose une piste qui, si elle se confirmait, pourrait non seulement expliquer ce que sont réellement ces petits points rouges, mais aussi **révéler l’existence d’une catégorie entière d’objets cosmiques que les astronomes n’avaient, jusqu’ici, jamais pu observer**. Ils y décrivent la découverte de MoM-BH*-1, un objet dont la lumière a voyagé pendant 13 milliards d’années avant de parvenir jusqu’à nous. Un objet qui n’est ni une étoile ni un trou noir au sens classique du terme, qu’ils ont donc baptisé « _étoile trou noir_ », un hybride qui pourrait compléter, voire **bouleverser, notre compréhension de la formation des trous noirs supermassifs au cœur des premières galaxies**. Gros plan sur six de ces _petits points rouges_ découverts par le télescope spatial James Webb. © NASA, ESA, CSA, STScI, Dale Kocevski (Colby College) ## Un trou noir déguisé en étoile MoM-BH*-1 existait 660 millions d’années seulement après le Big Bang, à une époque si reculée que sa lumière, en traversant un univers en expansion continuelle, s’est étirée jusqu’à passer dans l’infrarouge. Les astronomes quantifient cette déformation par le décalage vers le rouge : celui de MoM-BH*-1 atteint 7,76, ce qui le place **parmi les objets les plus lointains jamais étudiés en spectroscopie**. Son nom, un tantinet barbare, provient du programme d’observation qui l’a repéré : « _Mirage or Miracle_ » (MoM), un programme de Webb spécialement conçu pour braquer le télescope sur des sources inclassables. Matthee, co-investigateur au sein du programme, les décrit comme « _des sources considérées comme risquées, susceptibles d’être des découvertes extraordinaires ou de simples intrus, comme des étoiles froides proches que l’on confond avec des galaxies lointaines._ » Le pari a payé, puisque MoM-BH*-1 est certainement l’objet le plus extraordinaire jamais identifié par MoM, et probablement l’un des plus singuliers observés par Webb. Selon les modèles proposés par l’équipe, MoM-BH*-1 abrite en son cœur **un trou noir d’environ 100 000 masses solaires** , enveloppé dans un cocon d’hydrogène extrêmement dense dont l’étendue est comparable à… celle de notre Système solaire. Proprement colossal, puisque cette enveloppe de gaz s’étend sur une échelle astronomique qui éclipse totalement le diamètre des plus vastes hypergéantes rouges de la Voie lactée. Le trou noir, par définition, n’émet rien, mais l’hydrogène qu’il engouffre, lui, oui. En tombant en spirale dans le puits gravitationnel, il se comprime, s’échauffe violemment et libère une énergie considérable avant même de franchir le point de non-retour. Cette énergie irradie ensuite l’épaisse couche de gaz qui entoure le trou noir, la transformant en une espèce de surface lumineuse géante. **Le résultat mime presque parfaitement l’aspect d’une étoile, à un détail fondamental près** : ce n’est pas la fusion nucléaire qui l’alimente, mais la chute de matière dans un gouffre gravitationnel. ## Le chaînon manquant des galaxies primitives Si MoM-BH*-1 est un cas d’école exceptionnel, c’est qu’il est lui-même un petit point rouge, mais contrairement à tous ses cousins, qui sont tous nichés à l’intérieur d’autres galaxies, il brille seul. Sa galaxie hôte est si peu lumineuse qu’il est **observable sans le voile lumineux d’autres étoiles** ; voile qui, depuis quatre ans, brouillait le déchiffrement des autres petits points rouges en superposant leur lumière à celle de milliards d’autres astres. Pour la première fois, les astronomes ont donc pu observer **ce qui fait briller un petit point rouge sans aucune interférence** , et ainsi caractériser précisément la nature de son rayonnement. L’équipe a ensuite mené l’expérience inverse : recombiner numériquement le spectre nu de MoM-BH*-1 avec celui d’une jeune galaxie voisine, vers laquelle il dérive gravitationnellement et avec laquelle il fusionnera dans environ 100 millions d’années. Ceci, afin de simuler ce à quoi ressemblerait l’objet s’il était situé dans un environnement stellaire classique. Le profil obtenu **correspondait, presque trait pour trait, à la signature lumineuse des petits points rouges galactiques**. La démonstration de l’équipe serait ainsi établie dans les deux sens : un petit point rouge est une étoile trou noir habillée par la lumière de sa galaxie ; MoM-BH*-1 est la même étoile trou noir, « _déshabillée_ ». Si cette interprétation se confirme, elle résoudrait du même coup**l’un des problèmes les plus tenaces de la cosmologie contemporaine** : l’existence de trous noirs supermassifs de plusieurs milliards de masses solaires alors que l’univers n’avait que quelques centaines de millions d’années. À cette époque, il n’y avait tout simplement pas assez de temps pour qu’un trou noir de taille stellaire grossisse jusqu’à de telles proportions en avalant de la matière au rythme que prédisent nos modèles cosmologiques. C’est pourquoi on pourrait considérer les petits points rouges comme MoM-BH*-1 comme un chaînon manquant : une phase de croissance confinée, où le trou noir, prisonnier d’un cocon d’hydrogène extrêmement dense, absorbe de la matière à un rythme que le vide interstellaire ne lui permettrait jamais d’atteindre. Le cocon finit par s’épuiser, le gaz se disperse, et **ce qui apparaît derrière est un trou noir devenu assez massif pour devenir un quasar**. « _Les astronomes n’ont jamais manqué d’imagination pour expliquer comment ces trous noirs sont devenus si massifs si vite_ », reconnaît Naidu. « _Quelque chose de spectaculaire a dû se produire dans l’univers primitif. Avec James Webb, nous pouvons désormais observer directement cette époque et constater par nous-mêmes quels scénarios se déroulent réellement._ » **Le chercheur va même plus loin** , puisque, dans ce communiqué du MIT, il affirme que « _chaque petit point rouge s’explique parfaitement par la présence d’une “étoile trou noir” nichée au cœur d’une galaxie primitive classique._ » **Une affirmation pleine d’audace, qu’il faut toutefois nuancer** , étant donné que MoM-BH*-1 est, pour le moment, le seul petit point rouge **dont le spectre lumineux a été analysé avec ce niveau de précision**. Les 341 autres devront être à tout prix soumis au même examen spectroscopique **pour confirmer l’hypothèse de Naidu et son équipe**. Si tant est qu’ils aient raison, ils auront identifié la phase embryonnaire de _tous_ les trous noirs supermassifs de l’univers : **un trophée que peu de chercheurs auront eu la chance de soulever**.

Un objet d'une luminosité équivalente à 100 milliards de Soleils vient d'émerger des données du télescope spatial James Webb, tapi dans un recoin de l'univers tel qu'il existait 660 millions d'années ...

Un objet d'une luminosité équivalente à 100 milliards de Soleils vient d'émerger des données du télescope spatial James Webb, tapi dans un recoin de l'univers tel qu'il existait 660 millions d'années seulement après le Big Bang. Les astrophysiciens ne savent pas encore ce qu'il est, et c'est précisément ce qui les fascine. L'hypothèse la plus

Star, moving at 8% the speed of light, may let us measure the black hole's rotation.

Autrefois dissimulée par d'épais nuages de poussière dans le bulbe central de la Voie lactée et trop proche de son trou noir central pour être observable, même avec de grands télescopes, l...

astrophysique, astronomie, cosmologie, astroparticules.

Un astre jusqu'ici purement théorique vient d'être observé concrètement pour la première fois. Connu sous le nom de quasi-étoile, il s'agirait d'un élément clé pour comprendre certains phénomènes mystérieux qui se sont déroulés peu après le Big Bang. « Black hole star ». Le terme n'est jamais directement écrit dans

Récemment, le télescope spatial James Webb a de nouveau émerveillé le monde scientifique avec la découverte d'un objet céleste inhabituel. Cette

Récemment, le télescope spatial James Webb a de nouveau émerveillé le monde scientifique avec la découverte d'un objet céleste inhabituel. Cette

Les petits points rouges ont intrigué les astronomes depuis leur découverte dans les données du télescope spatial James Webb (JWST) provenant du passé profond

Les petits points rouges ont intrigué les astronomes depuis leur découverte dans les données du télescope spatial James Webb (JWST) provenant du passé profond

These giant celestial objects have mostly been identified at the centers of galaxies, where they're known to reside. But a recently discovered one—found because of the light emitted while it snacked on a star—appears to be more than 30,000 light-years from its host galaxy's heart

Les trous noirs supermassifs qui font évoluer les galaxies nous réservent sans aucun doute des surprises. La dernière en date concerne maintenant les amas de galaxies et leurs interactions avec ces...

En créant en laboratoire un mini-trou noir à partir de lumière, des physiciens sont parvenus à reproduire un rayonnement de Hawking analogue, le faible rayonnement thermique sous la forme duquel les t...

astrophysique, astronomie, cosmologie, astroparticules.

Découvrez comment Euclid a repéré 31 quasars anciens dont deux apparus 670 millions d'années après le Big Bang, un record cosmique absolu

YouTube video by TrouNoir

YouTube video by TrouNoir