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Les secrets cachés de l'univers ! Comment une graine de trou noir d'une masse d'un million de masses solaires peut-elle être générée dans une région à fort redshift ?
Dans les premiers stades de l'univers, la formation des trous noirs a toujours été un sujet fascinant. Des recherches scientifiques récentes ont souligné que les trous noirs à effondrement direct (DCBH) sont d'importantes graines de trous noirs formés dans des régions à fort redshift, et que leurs masses peuvent atteindre un million de masses solaires. Cette avancée scientifique nous permet non seulement de mieux comprendre l’histoire de l’univers, mais redéfinit également le mécanisme de formation de trous noirs de haute qualité.
Le processus de formation des trous noirs à effondrement direct
La formation de trous noirs à effondrement direct se produit approximativement dans la plage de redshift z=15 à 30, ce qui signifie que lorsque l'univers n'avait que 100 à 200 millions d'années, les conditions dans l'univers étaient particulièrement adaptées à la condensation de grands trous noirs. matière à grande échelle.
La formation de ces trous noirs est différente des graines de trous noirs issues des premières étoiles (c'est-à-dire les étoiles de la population III), mais est directement motivée par une sorte d'instabilité gravitationnelle.
Avant que ces trous noirs puissent se former, le gaz doit remplir une série de conditions spécifiques, comme être exempt de métal (contenant uniquement de l'hydrogène et de l'hélium) et avoir suffisamment de flux de photons Lyman-Werner pour détruire les molécules d'hydrogène, empêchant ainsi le gaz de se former. du refroidissement et fragmenté. Un tel environnement provoque l’effondrement gravitationnel du nuage de gaz, conduisant finalement à la formation d’un trou noir avec la densité extrêmement élevée de matière en son cœur.
Un nombre rare de trous noirs à effondrement direct
Malgré le soutien théorique aux DCBH, nous savons actuellement qu'ils sont très rares dans l'univers à fort redshift. Selon les dernières simulations cosmiques, les conditions de formation de tels trous noirs sont très dures, de sorte que leur densité numérique ne devrait être que d'environ 1 par gigapasec cube au maximum. Dans le scénario le plus optimiste, cette quantité pourrait atteindre environ 100 000 par gigaparasec cube.
Observation et découverte
Avec les progrès de la science et de la technologie, les astronomes sont de plus en plus actifs dans la recherche du DCBH. Depuis 2016, une équipe de recherche de l’Université Harvard utilise le télescope spatial Hubble et l’observatoire à rayons X Chandra pour rechercher des indices sur ces trous noirs. Récemment, ils ont découvert deux candidats qui correspondent aux caractéristiques spectrales prédites dans les données dans la plage de redshift élevée z > 6.
Ces trous noirs sont caractérisés par un excès significatif de rayonnement infrarouge, ce qui est plus évident que d'autres objets à redshift élevé.
Différences entre les trous noirs primordiaux et les trous noirs d'effondrement stellaire
Il est important de noter qu'il existe des différences fondamentales entre les DCBH et les trous noirs primordiaux et les trous noirs d'effondrement stellaire. Alors que les trous noirs primordiaux se forment à partir d’un effondrement direct de l’énergie, les DCBH résultent de l’effondrement de régions de gaz inhabituellement denses.
Au cours du processus de formation des trous noirs primordiaux, ils ne subissent aucun processus intermédiaire de la part des étoiles, nous ne classons donc généralement pas les trous noirs produits par l'effondrement des étoiles de la population III comme « décomposition fragile directe ».
Orientations futures de la recherche
Avec le lancement du télescope spatial James Webb, les observations de ces candidats trous noirs seront encore approfondies et nous serons en mesure de confirmer plus efficacement leur nature et leur existence. Quoi qu’il en soit, l’exploration du DCBH reste pleine de défis et de mystères, ce qui non seulement nous amène de nouvelles questions sur la cosmologie, mais stimule également notre réflexion sur la formation et l’évolution de l’univers.
Ces études de pointe révèlent une question importante : combien de phénomènes mystérieux restent-ils à découvrir dans cet univers infini ?
