Deux télescopes de La Palma ont capté un blazar vieux de 8 milliards d’années : la raison de ce signal pourrait tout changer pour les trous noirs

Un signal a traversé huit milliards d’années d’espace pour atterrir dans les instruments de deux télescopes espagnols. Son origine : un blazar, sorte de phare cosmique alimenté par un trou noir supermassif. Mais ce qui intrigue vraiment les chercheurs, ce n’est pas tant sa distance que ce qui a disparu en chemin.

Un signal lumineux vieux de 8 milliards d’années capté depuis La Palma

Tout commence en décembre 2023, lorsque des instruments détectent une émission de rayons gamma inhabituellement intense. Rien d’alarmant à première vue, si ce n’est que cette lumière provient d’un objet baptisé OP 313, et qu’elle voyage depuis une distance proprement vertigineuse : huit milliards d’années-lumière.

Pour capter ce genre de signal, il fallait des outils taillés sur mesure. C’est à l’observatoire du Roque de los Muchachos, sur l’île de La Palma dans l’archipel des Canaries, que les télescopes LST-1 et MAGIC ont pris le relais des premières observations. Deux instruments complémentaires, deux regards posés sur le même phénomène lointain.

Ce que l’on observe aujourd’hui depuis les Canaries n’est donc pas OP 313 tel qu’il existe actuellement, mais une image figée dans le temps. La lumière qui vient de nous parvenir montre l’objet tel qu’il était seulement cinq milliards d’années après le Big Bang, une époque où l’univers avait encore tout d’un chantier en pleine effervescence.

Quand les jets d’un trou noir pointent droit vers la Terre : l’étrange mécanisme des blazars

Pour comprendre ce qu’est un blazar, il faut d’abord revenir aux quasars, ces noyaux actifs de galaxies où un trou noir supermassif dévore la matière environnante. Ce festin cosmique génère des jets de plasma qui jaillissent à des vitesses proches de celle de la lumière, de part et d’autre du trou noir.

Un blazar, c’est tout simplement un quasar qui a la particularité de pointer un de ses jets directement vers nous. Imaginez un phare dont le faisceau balaierait l’horizon : la plupart du temps, on ne perçoit qu’une lueur diffuse. Mais si le faisceau vous arrive droit dans les yeux, l’effet est tout autre, beaucoup plus intense.

C’est exactement ce qui s’est produit avec OP 313. Son jet de plasma, aligné quasiment parfaitement avec notre ligne de visée, a permis aux chercheurs d’observer un sursaut de rayons gamma d’une intensité remarquable, offrant une fenêtre inespérée sur les mécanismes à l’œuvre au cœur de ce trou noir lointain.

Le « midi cosmique » : cette époque oubliée où l’univers s’embrasait de nouvelles étoiles

Il y a environ onze milliards d’années, l’univers traversait une phase que les astronomes appellent le midi cosmique. Une période où la formation d’étoiles et de galaxies battait son plein, à un rythme sans commune mesure avec ce que l’on observe aujourd’hui dans notre voisinage galactique.

C’est précisément durant cette phase d’intense activité que OP 313 a émis son sursaut de rayons gamma. Un timing qui n’a rien d’anodin pour les chercheurs : comprendre ce qui se jouait dans les trous noirs supermassifs à cette époque, c’est aussi comprendre comment les galaxies elles-mêmes ont pris forme.

Axel Arbet-Engels, membre de l’équipe à l’origine de cette découverte, insiste sur l’importance de cette fenêtre temporelle pour saisir l’évolution des galaxies. Observer un blazar aussi ancien revient en quelque sorte à feuilleter un album photo de l’univers à son âge le plus turbulent.

Des photons qui disparaissent en chemin : l’indice inattendu qui bouleverse la physique des trous noirs

Voici où l’histoire prend un tournant intéressant. En parcourant huit milliards d’années-lumière, les rayons gamma émis par OP 313 n’ont pas voyagé en terrain neutre. Ils ont traversé le fond diffus extragalactique, cette accumulation de lumière produite par l’ensemble des étoiles et des galaxies de l’univers au fil du temps.

Cette rencontre n’est pas sans conséquence. Les photons gamma interagissent avec cette lumière ambiante et donnent naissance à des paires électron-positron, un phénomène appelé production de paires. Résultat : une partie des photons gamma disparaît littéralement en chemin, atténuant le signal que l’on finit par capter sur Terre.

Plutôt qu’un simple inconvénient, cette déplétion s’est révélée être une mine d’informations. En l’analysant, les chercheurs ont mis au jour une population dense d’électrons relativistes, accélérés par le trou noir central via son jet de plasma. Domenico Della Volpe, de l’Université de Genève, explique que ces électrons transfèrent leur énergie à des photons de plus basse énergie, les propulsant jusqu’au niveau des rayons gamma de très haute énergie. Un scénario que les spécialistes qualifient de leptonique.

Autrement dit, ce que l’on pensait être une simple perte de signal s’est transformé en indice précieux sur la manière dont les premiers trous noirs supermassifs de l’univers accéléraient les particules. Une piste qui pourrait bien redéfinir notre compréhension de ces moteurs cosmiques, à une époque où l’univers lui-même était en pleine construction.

Reste à voir comment cette découverte résonnera dans les prochaines recherches sur les blazars lointains. Une chose est sûre : OP 313 vient de rappeler que même les photons les plus discrets, ceux qui semblent s’évaporer en route, ont parfois beaucoup à raconter sur les premiers âges de l’univers.