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Chandra finds black hole that's growing at 2.4 times the Eddington limit

by Lee Mohon, NASA

edited by Lisa Lock, reviewed by Robert Egan

 Editors' notes

AChandra découvre un trou noir dont la croissance est 2,4 fois supérieure à la limite d'Eddington

Un trou noir croît à l'une des vitesses les plus rapides jamais enregistrées, selon une équipe d'astronomes. Cette découverte de l'observatoire de rayons X Chandra de la NASA pourrait expliquer comment certains trous noirs peuvent atteindre des masses énormes relativement rapidement après le Big Bang.

Ce trou noir pèse environ un milliard de fois la masse du Soleil et se situe à environ 12,8 milliards d'années-lumière de la Terre, ce qui signifie que les astronomes l'observent seulement 920 millions d'années après la naissance de l'univers. Il produit plus de rayons X que tout autre trou noir observé au cours du premier milliard d'années de l'univers.

Le trou noir alimente ce que les scientifiques appellent un quasar, un objet extrêmement brillant qui éclipse des galaxies entières. La source d'énergie de ce monstre lumineux est constituée de grandes quantités de matière qui s'écoulent autour du trou noir et y pénètrent.

Bien que la même équipe l'ait découvert il y a deux ans, il a fallu des observations depuis Chandra en 2023 pour découvrir ce qui distingue ce quasar, RACS J0320-35. Les données de rayons X révèlent que ce trou noir semble croître à une vitesse supérieure à la limite normale pour ces objets.

« C'était un peu choquant de voir ce trou noir croître à un rythme fulgurant », a déclaré Luca Ighina du Centre d'astrophysique | Harvard & Smithsonian à Cambridge, Massachusetts, qui a dirigé l'étude, publiée dans The Astrophysical Journal Letters.

Lorsque la matière est attirée vers un trou noir, elle est chauffée et produit un rayonnement intense sur un large spectre, comprenant des rayons X et de la lumière optique. Ce rayonnement exerce une pression sur la matière qui tombe. Lorsque la vitesse de chute de matière atteint une valeur critique, la pression de rayonnement équilibre la gravité du trou noir, et la matière ne peut normalement plus tomber plus rapidement vers l'intérieur. Ce maximum est appelé la limite d'Eddington.

Les scientifiques pensent que les trous noirs dont la croissance est inférieure à la limite d'Eddington doivent naître avec une masse d'environ 10 000 soleils ou plus pour atteindre un milliard de masses solaires dans le milliard d'années suivant le Big Bang, comme l'a observé RACS J0320-35. Un trou noir d'une masse de naissance aussi élevée pourrait résulter directement d'un processus inhabituel : l'effondrement d'un immense nuage de gaz dense contenant des quantités inhabituellement faibles d'éléments plus lourds que l'hélium, des conditions potentiellement extrêmement rares.

Si RACS J0320-35 croît effectivement à un rythme élevé – estimé à 2,4 fois la limite d'Eddington – et ce depuis longtemps, son trou noir pourrait avoir débuté de manière plus conventionnelle, avec une masse inférieure à cent soleils, causée par l'implosion d'une étoile massive.

« En connaissant la masse du trou noir et en calculant sa vitesse de croissance, nous pouvons remonter à l'origine pour estimer sa masse potentielle à sa naissance », explique Alberto Moretti, co-auteur de l'INAF-Osservatorio Astronomico di Brera, en Italie. « Grâce à ce calcul, nous pouvons désormais tester différentes hypothèses sur la formation des trous noirs. »

Pour déterminer la vitesse de croissance de ce trou noir (entre 300 et 3 000 soleils par an), les chercheurs ont comparé les modèles théoriques à la signature X, ou spectre, de Chandra, qui fournit les quantités de rayons X à différentes énergies. Ils ont constaté que le spectre de Chandra correspondait étroitement à ce qu'ils attendaient des modèles d'un trou noir dont la croissance est supérieure à la limite d'Eddington. Les données optiques et infrarouges étayent également l'interprétation selon laquelle ce trou noir grossit plus vite que ne le permet la limite d'Eddington.

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RESUME

Chandra découvre un trou noir dont la croissance est 2,4 fois supérieure à la limite d'Eddington.

Selon une équipe d'astronomes, un trou noir croît à l'une des vitesses les plus rapides jamais enregistrées. Cette découverte, réalisée par l'observatoire de rayons X Chandra de la NASA, pourrait contribuer à expliquer comment certains trous noirs peuvent atteindre des masses énormes relativement rapidement après le Big Bang.

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COMMENTAIRES

La conclusion des auteurs  est pertinente et permet de comprendre  comment des trous noirs supermassifs  atteignt  des masses de l odre de la centaine de milliards de masses solaires   (' Maxi=190  à ce jour..)

Et a ce sujet  on peut se demander  quel

est le champion,quel

est le trou noir dont la croissance est la plus rapide de l'Univers ?

Bien que la même équipe l'ait découvert il y a deux ans, il a fallu des observations de Chandra en 2023 pour comprendre ce qui distingue ce quasar, RACS J0320-35. Les données en rayons X révèlent que ce trou noir semble croître à une vitesse supérieure à la limite normale pour ces objets. Le ckampion c est lui !

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More information: Luca Ighina et al, X-Ray Investigation of Possible Super-Eddington Accretion in a Radio-loud Quasar at z = 6.13, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/aded0a

Journal information: Astrophysical Journal Letters 

Provided by NASA