Découverte d'une étoile qui passe à seulement 12 unités astronomiques de Sgr A*

Une équipe d’astronomes vient de publier la découverte d'une étoile peu lumineuse sur l’orbite qui se rapproche le plus de Sgr A*, le tou noir central de notre galaxie Sa période orbitale autour du trou noir supermassif n’est que de 8,7 ans et sa distance au péricentre est suffisamment faible pour que sa vitesse maximale atteigne 25 000 km/s. Grâce aux capacités de mesure actuelles de l'interférométrie proche infrarouge et aux futures spectroscopies réalisées avec les prochains télescopes géants, le mouvement de cette étoile nommée S301 pourra directement mesurer la rotation de Sgr A*. La forte excentricité de S301 suggère en outre qu'elle est la composante capturée d'un système binaire qui a été disloqué par Sgr A* via le mécanisme de Hills. L’étude est publiée dans Nature.

Puisque tous les objets de l'Univers tournent, on s'attend à ce que les trous noirs tournent également, notamment parce que le moment cinétique est conservé. Comme l'influence de la rotation sur l'espace-temps diminue avec la distance r au trou noir à un taux de r⁻³, sa mesure est en réalité complexe. L'existence de jets dans les noyaux galactiques actifs implique que les trous noirs supermassifs situés au cœur de ces noyaux tournent. Des estimations de la rotation ont été obtenues à partir de spectres de réflexion de rayons X, où la forme de la raie Kα du fer sert de sonde, bien que l'impact de la rotation soit faible.

Pour les trous noirs stellaires en accrétion, les rotations peuvent être estimées à partir de la théorie de l'accrétion, et ne sont donc pas exemptes d'hypothèses. Les signatures les plus nettes sont probablement celles des fusions d'ondes gravitationnelles, où les spins des objets initiaux figurent parmi les paramètres d'ajustement des formes d'onde avant fusion, et le spin du trou noir résultant peut être déduit de sa signature de relaxation.

Sagittarius A* (Sgr A*), le trou noir supermassif du centre galactique (à 8,3 kpc), offre une méthode directe et dynamique pour mesurer sa rotation grâce aux étoiles proches qui lui tournent autour. Quelques dizaines d'étoiles gravitent sur des orbites quasi képlériennes, avec une distribution d'excentricité relativement faible et des orbites orientées aléatoirement. Les étoiles les plus proches de Sgr A* sont les plus précieuses, car elles permettent d'explorer au plus profond du potentiel gravitationnel. En particulier, l'étoile S2, sur une orbite de 16 ans, a fait l'objet d'une attention particulière en raison de son orbite relativement facile d'accès. Le mouvement de S2 est fortement affecté par les effets relativistes : lors de son passage au péricentre en 2018, le décalage vers le rouge gravitationnel de Sgr A* a pu être mesuré. En 2020, les données astrométriques de l'étoile ont montré que son orbite avait précessé d'environ 12′ en 2018, ce qui est parfaitement compatible avec un mouvement suivant la métrique relativiste. Ces découvertes ont été rendues possibles grâce à l'interférométrie proche infrarouge avec l'instrument GRAVITY du Very Large Telescope de l’ESO au Chili.

Pour S2, l'instrumentation actuelle exige des séries temporelles excessivement longues pour détecter sa rotation. Le paramètre déterminant la sensibilité d'une étoile aux effets relativistes est sa distance au péricentre r =  a (1 −  e ), qui pour S2 est de 1 400  R_S (rayons de Schwarzschild, 1 R_S  = 10 µas pour Sgr A*).
Des étoiles avec un r plus petit permettraient une détection plus rapide, nécessitant des demi-grands axes a plus petits et/ou des excentricités e plus grandes . Avec une résolution spatiale d'environ 1,7 mas, une précision astrométrique d'environ 30 µas comparable à R_S et un champ de vision d'environ 70 mas, GRAVITY peut théoriquement détecter des étoiles dont le passage au péricentre est beaucoup plus proche de Sgr A* que celui de S2.
Karim Abd El Dayem (Observatoire de Paris) et ses collaborateurs ont réussi à mettre en pratique la théorie avec la découverte de l’étoile S 301.
Les astronomes de la collaboration GRAVITY observent régulièrement la seconde d'arc centrale autour de Sgr A* afin de suivre les mouvements stellaires. Les observations ont lieu mensuellement, lors de campagnes d'environ une semaine entre mars et septembre. Un temps d'observation total d'environ 80 à 100 h/an est consacré à ces observations. La majeure partie de ce temps est dédiée à un pointage central contenant Sgr A*, qui sert de référence astrométrique pour toutes les positions stellaires.

Les données sont regroupées par nuit et sont analysées de deux manières : premièrement, les données sont ajustées à un modèle qui contient les sources connues et fournit leurs positions et flux. Par construction, il ne révèle pas de nouvelles sources. Deuxièmement, une reconstruction d'images est produite en effectuant une inversion de Fourier des données. Les images permettent d'identifier des sources jusqu'alors inconnues.
C’est ainsi qu’au printemps 2023, Abd El Dayem et ses collaborateurs ont découvert une étoile peu lumineuse à 15 ms d’arc au nord-ouest de Sgr A*, qui s'est éloignée du centre au cours des mois suivants et qu’ils ont nommée S301. À partir de ses quatre positions relevées en 2023, les chercheurs ont déduit un mouvement rapide ( v  ≈ (−44, +27) ms d’arc par an, | v | ≈ 2 000 km s⁻¹ ) et légèrement incurvé, qui devait amener l'étoile hors du champ de vision central en 2024.

Ils ont donc décidé de suivre S301 par des pointages dédiés en 2024 et 2025, ce qui leur a permis d'obtenir huit puis cinq mesures astrométriques supplémentaires. Connaissant désormais l'orbite préliminaire, ils ont pu prédire a posteriori les positions de l'étoile lors des précédentes périodes d'observation et déterminer si elle se trouverait par hasard dans l'un de leurs pointages. Et ils ont effectivement détecté une forte corrélation avec S301 en 2021 et une corrélation plus faible en 2017.
Au total, les chercheurs disposent maintenant de 19 positions astrométriques de S301 qui dessinent une ellipse dans le ciel et correspondent à une orbite cohérente.  En utilisant une minimisation du χ² , ils ont ajusté une orbite képlérienne préliminaire aux données astrométriques ( α ( t ), δ ( t )) et selon cet ajustement, S301 a franchi le péricentre de son orbite début 2023, avec une séparation tridimensionnelle nettement inférieure à celle de S2. Cela implique de prendre en compte les effets relativistes, en utilisant le même modèle que pour S2, incluant l'effet Rømer (ralentissement dû à la vitesse finie de la lumière) et la précession de Schwarzschild. Le potentiel est défini par la masse centrale fixée à M = 4,297 10⁶ M_⊙ à une distance R₀ = 8 277 pc.
En raison du manque d'informations sur la vitesse radiale, deux solutions équivalentes existent, correspondant aux deux orientations possibles de l'orbite. En principe, le délai de Rømer pourrait lever cette dégénérescence, mais les deux orientations donnent des valeurs de χ² optimales indiscernables. Hormis cette ambiguïté de signe, l'ajustement de l'orbite converge de manière unique et ne correspond à aucune détection précédemment annoncée.
Et cette orbite est vraiment remarquable : elle a un demi-grand axe a = 83 ms d’arc (soit 33 % plus petit que celui de S2) et une période orbitale de 8,7 ans (environ 2 fois plus courte que celle de S2). L'étoile S301 établit un nouveau record de la période orbitale la plus courte autour de Sgr A*, le précédent record étant détenu par S55 (également appelée S0-102) qui a une période de 12 ans.

Plus extrême encore est l’excentricité de S301 qui vaut e = 0,9832 (ou 0,9821, en fonction des orientations possibles), une ellipse extrêmement serrée qui conduit à une distance au péricentre r_p  de seulement 136 R_S (ou 142 R_S  respectivement). Elle s’approche donc environ 10 fois plus près de Sgr A* que S2.
Sachant que le rayon de Schwarzschild de Sgr A* vaut 0,085 unités astronomiques (ou 12,7 millions de kilomètres si vous préférez), S301 s’approche donc au plus près à une distance d’environ 12 unités astronomiques de Sgr A*. C’est un petit plus que la distance séparant Saturne et le Soleil…

Cela implique évidemment des effets relativistes proportionnellement beaucoup plus importants que ce qui existe sur S2. Par exemple, l'avance relativiste du péricentre est de 2,0° (ou 1,9°) par orbite, ce qui fait qu'après seulement 1 560 ans (ou 1 630 ans), l'orbite a effectué une révolution complète dans son plan.  Et qui dit passage à proximité du trou noir dit grande vitesse. Les astronomes ont calculé qu’au péricentre, S301 se déplace à environ 25 600 km/s (soit 8,5 % de la vitesse de la lumière !).
Pour Abd El Dayem et ses collaborateurs, l'aspect le plus fascinant de l'orbite de S301 réside dans sa distance péricentrique extrêmement faible, car cela la rend sensible à l’effet Lense-Thirring, c’est-à-dire à la rotation de l’espace-temps induit par la rotation de Sgr A*. L’effet devrait être tel qu’il pourra être mesuré d'ici une dizaine d'années grâce aux instruments existants et/ou en projet.

S301 offre ainsi la première et seule méthode pratique pour mesurer la rotation de Sgr A* grâce à la dynamique stellaire. Bien que toutes les autres étoiles de type S connues soient insensibles à l'effet d'entraînement du référentiel (effet Lense-Thirring) sur les échelles de temps observables du fait de leur plus grande distance au péricentre, elles permettront quand-même de contraindre la masse de Sgr A* qui est utile pour la mesure de la rotation. Et ces autres étoiles permettront également de contraindre les perturbations newtoniennes dues aux masses sombres orbitant autour de Sgr A*, perturbations que l'on suppose négligeables aujourd’hui. À plus long terme, une fois disponibles des séries temporelles suffisamment longues de données astrométriques et spectroscopiques suffisamment précises, S301 ouvrira la voie à la détermination du moment quadripolaire de Sgr A* et à la vérification de la relation de Kerr.

Abd El Dayem et ses collaborateurs ne se sont pas arrêté là. Ils se sont également demandé comment S301 avait pu se retrouver là, aussi près de Sgr A*. Les astronomes se sont servi des échelles de temps dynamiques pour apporter une réponse. Ils constatent que l'étoile et son orbite peuvent être affectées par les collisions stellaires et la relaxation. Or la formation d'étoiles si près du trou noir supermassif est improbable compte tenu des forts effets de marée, donc S301 s'est probablement formée ailleurs et a migré vers sa position actuelle. Compte tenu de sa masse, la durée de vie de S301 est comparable au temps de relaxation à deux corps ; il est donc peu probable qu'elle se soit formée dans l'amas nucléaire et ait migré lentement vers l'intérieur par relaxation à deux corps. En revanche, la valeur extrême de son excentricité (e ≃ 0,98) peut être naturellement produite lors de la rupture d'un système binaire par un trou noir supermassif via le mécanisme de Hills. Dans ce mécanisme, l’interaction à trois corps entre le trou noir et les deux étoiles produit la capture de l’une des deux étoiles sur une orbite très excentrique et l’éjection de la deuxième à une très grande vitesse, et qui peut quitter à terme la galaxie.

La hiérarchie des échelles de temps au rayon de S301 contraint davantage son origine et son évolution. Les échelles de temps de relaxation du moment angulaire et de collision sont plus courtes que la durée de vie de l’étoile sur la séquence principale. Les chercheurs expliquent que si l'étoile était restée dans le centre galactique pendant plus de quelques dizaines de millions d’années, son excentricité se serait thermalisée, effaçant toute trace de son état initial. Dans ce cas, la forte excentricité serait simplement due au hasard (et il y a environ 3 % de chances de trouver une excentricité aussi élevée pour une distribution thermique). Alternativement, S301 pourrait avoir été injectée récemment dans le centre galactique, de sorte qu'elle n'aurait pas eu le temps de se relaxer et constituerait un fossile intact de son événement de capture.

Les longs temps de relaxation à deux corps et de spirale par des ondes gravitationnelles impliquent que le demi-grand axe de l'étoile n'a pas évolué de manière significative au cours de sa vie. Son orbite actuelle contraint donc le système binaire progéniteur.

Le demi-grand axe de l’ellipse qui est mesuré est lié à celui du système binaire antérieur à la rupture. Ces binaires compactes sont fréquentes parmi les étoiles de type F et sont supposées être circularisées par effet de marée et quasi synchronisées. S301 aurait alors une vitesse de rotation équatoriale de l’ordre de 20 à 70 km s^-1, qui pourrait être observable grâce à de futures observations spectroscopiques à haute résolution réalisées avec ELT/MICADO.

Une telle mesure de la rotation de l’étoile sur elle-même permettrait ainsi de tester directement l'origine par le mécanisme de Hills.

Prises ensemble, les propriétés de S301 suggèrent une image simple et cohérente : une binaire compacte d’étoiles de la séquence principale a été séparée par effet de marée par Sgr A*, laissant derrière elle S301 sur l'orbite la plus relativiste connue, et éjectant sa compagne sous la forme d'une étoile hyper-véloce. Mais la grande vitesse de l’étoile éjectée dans le processus n’est sans doute qu’un dixième de la vitesse actuelle de S301 lorsqu’elle passe au plus près de Sgr A* tous les 8,7 ans…

 
Source

Discovery of a star sensitive to the spin of Sagittarius A*
Karim Abd El Dayem et al.
Nature (19 August 2026)
https://doi.org/10.1038/s41586-026-10894-w

Illustrations

1. Positions de S301 autour de Sgr A* à quatre époques différentes (Abd El Dayem et al.)

2. Karim Abd El Dayem 

Les galaxies primordiales contiennent beaucoup plus de petites étoiles que prévu

Des astronomes utilisant le télescope Webb ont découvert que les galaxies primordiales massives contiennent bien plus de petites étoiles peu lumineuses que prévu. Cette population cachée pourrait rendre certaines de ces galaxies trois à quatre fois plus massives que les estimations précédentes. Cette découverte complique encore davantage l'explication de la formation de galaxies si massives et matures si peu de temps après le Big Bang. Ils publient leur étude  dans Nature Astronomy.

Les observations du télescope spatial James Webb (JWST) ont révélé que les galaxies massives se sont formées et ont évolué plus rapidement que prévu par les modèles de formation galactique, nombre d'entre elles ayant déjà accumulé une masse importante d'étoiles il y a environ 12 milliards d'années. Cependant, la masse des galaxies lointaines demeure incertaine, car elle suppose une distribution des masses stellaires à la naissance (la fonction de masse initiale, FMI) qui serait similaire à celle de la Voie lactée.
Plus précisément, la contribution des étoiles de faible masse, qui constituent l'essentiel de la masse stellaire, n'est pas observée directement mais déduite par extrapolation de la FMI de la Voie lactée. Chloe Cheng (Observatoire de Leiden) et ses collaborateurs ont examiné neuf galaxies massives et matures qui ont cessé de produire de nouvelles étoiles il y a des milliards d'années. Ils ont combiné les observations réalisées par le télescope Webb (programme JWST Initial Mass Function of Early Red NIRSpec Object )avec des données antérieures recueillies au sol par le Very Large Telescope (VLT Large Early Galaxy Astrophysics Census).

Ils ont ainsi pu obtenir des contraintes robustes sur la FMI des étoiles de faible masse au-delà de l'Univers local. En utilisant les spectres ultra-profonds des neuf galaxies massives quiescentes, les chercheurs constatent que les galaxies les plus massives présentent un excès d'étoiles de faible masse. De façon remarquable, la galaxie la plus ancienne (décalage vers le rouge de formation, z > 5) possède la fonction de masse initiale (FMI) la plus riche en étoiles de faible masse. Cette galaxie pourrait être une descendante des galaxies qualifiées de « incroyablement précoces » observées par le JWST, ce qui impliquerait que ces dernières possédaient probablement des FMI également riches en étoiles de faible masse, augmentant ainsi leur masse d'un facteur d'environ 4 ± 1 selon les chercheurs. Ces résultats pourraient donc accentuer les divergences avec les modèles de formation des galaxies.

La découverte de fonctions de masse initiales à forte densité à la base aux premiers temps est cohérente avec le modèle de formation en deux phases des galaxies massives, dans lequel les noyaux de galaxies massives et quiescentes sont en place aux premiers temps (leurs densités centrales restant constantes), leurs périphéries se constituant ultérieurement par le biais de fusions mineures.

Plus précisément, il a été constaté que les noyaux des galaxies massives actuelles de type précoce – les descendants probables de ces systèmes lointains – possèdent également des FMI à forte densité à la base. De plus, certaines des galaxies étudiées ici pourraient être encore plus riches en étoiles de faible masse que les noyaux des galaxies voisines. Ainsi, dans le scénario en deux phases, le mélange des populations stellaires par fusion pourrait réduire, au fil du temps, la richesse en étoiles de faible masse de la fonction de masse initiale dans ces galaxies.

En résumé, ce travail de Chloe Cheng et al. représente une avancée majeure dans la compréhension de l'assemblage des galaxies massives. Pour la première fois, des astrophysiciens ont mesuré avec précision la fonction de masse initiale dans un échantillon de galaxies massives et quiescentes situées au-delà de l'Univers proche. La découverte d'une FMI à forte densité à la base, c'est à dire avec une forte population d'étoiles de faible masse, notamment dans les galaxies les plus anciennes de l'échantillon, implique que les galaxies quiescentes les plus massives (> 100 milliards M⊙) découvertes à des décalages vers le rouge élevés, ont probablement des masses encore plus élevées que celles initialement rapportées. 

Ces résultats suggèrent également que les masses de leurs galaxies progénitrices pourraient être sous-estimées, ce qui accentue encore la controverse. À l'avenir, des mesures de la fonction de masse initiale à des décalages vers le rouge plus élevés, encore plus proches de l'époque de formation de ces galaxies « incroyablement précoces », permettront de clarifier cette apparente contradiction avec les modèles de formation des galaxies. De futures observations extrêmement profondes avec le télescope spatial Webb avec son spectromètre NIRSpec sera indispensable pour établir ces contraintes.

Source

Hidden mass in early galaxies revealed by bottom-heavy initial mass functions

Chloe M. Cheng et al.

Nature Astronomy (18 august 2026) 

https://doi.org/10.1038/s41550-026-02932-4

Illustration

1. 6 galaxies parmi les 9 de l'échantillon étudié (Chloe Cheng et al.)

2. Chloe Cheng

Découverte de la première "étoile à trou noir"

Une équipe d’astrophysiciens vient d’identifier un objet rouge exceptionnellement brillant datant des premiers âges de l'Univers. À première vue, il ressemble à une étoile gigantesque dont les dimensions sont comparables à celles de notre système solaire. Son rendement énergétique, cependant, est extraordinaire. Cet objet produit environ 100 milliards de fois plus d'énergie que n'importe quelle étoile connue ne pourrait physiquement en générer, ce qui le rapproche considérablement des niveaux associés aux trous noirs. Cette combinaison inhabituelle a conduit les chercheurs à proposer que cet objet représente un tout nouveau type de source astrophysique. Ils le qualifient d'« étoile à trou noir ». Ils publient leur découverte dans Nature .

Dans leur article, Rohan P. Naidu (MIT) et ses collaborateurs décrivent l'analyse qu’ils ont effectuée grâce à des observations du télescope spatial Webb. Cet objet, nommé MoM-BH*-1, ressemble aux fameux Little Red Dots détectés par Webb. Selon eux, l'explication la plus probable réside dans une combinaison inédite d'un trou noir et d'une étoile : au lieu d'être alimenté par la fusion nucléaire qui alimente les étoiles ordinaires, cet objet pourrait être constitué d'un nuage de gaz extrêmement dense comme dans une étoile donc, mais énergisé par un trou noir en son centre.

Naidu et ses collègues ne recherchaient pas initialement une étoile à trou noir. Leur objectif était d'identifier certaines des galaxies les plus anciennes et les plus lointaines à l'aide du JWST grâce à un programme d'étude appelé « Mirage ou Miracle » (MoM).

En scrutant les images du JWST à la recherche de cibles prometteuses, l'équipe a remarqué une source à l'aspect particulièrement inhabituel. Elle apparaissait à la fois d'un rouge intense et d'une luminosité remarquable.

On pense tout de suite à une grande quantité de poussière responsable du rougissement, mais d'autres caractéristiques de la lumière émise par l'objet ne correspondaient pas à ce que les scientifiques attendraient normalement de la poussière. Les chercheurs ont également découvert une particularité frappante dans son spectre : la source était extrêmement brillante à certaines longueurs d'onde, tandis que sa lumière disparaissait complètement en dessous de certaines autres.

Cette chute brutale de luminosité est appelée « rupture de Balmer ». Ce phénomène est généralement lié à l'absorption de photons par du gaz dense dans l'atmosphère d'étoiles âgées de quelques centaines de millions d'années. Véga, par exemple, l'une des étoiles les plus brillantes visibles dans le ciel nocturne, présente ce même type de discontinuité.

Ici, la discontinuité dans cet objet est la plus profonde jamais observée, ce qui exclut les étoiles "ordinaires" comme source. Cela a amené Naidu et ses collaborateurs à se demander si ils étaient en présence d'un nouveau type d'"atmosphère stellaire", mais à une tout autre échelle. L'objet présente une autre particularité importante : sa lumière ne révèle pratiquement aucune trace de métaux ou d'éléments autres que l'hydrogène et l'hélium.

Les processus physiques à l'origine de la formation de trous noirs d'un milliard de masses solaires au cours des 700 premiers millions d'années de l'histoire cosmique, une période connue sous le nom d'aube cosmique, demeurent une énigme. Plusieurs scénarios théoriques ont été proposés pour expliquer l'amorçage et la croissance rapide des trous noirs, mais l'observation directe de ces mécanismes reste difficile. MoM-BH*-1 se situe 660 millions d'années après le Big Bang, et il présente des propriétés singulières : parmi les plus grandes ruptures de Balmer de l'hydrogène jamais observées, une large émission Hβ à pics multiples et une absorption de la raie de Balmer dans plusieurs transitions.

Les chercheurs calculent une masse pour le trou noir central, il ferait environ 100 000 masses solaires. Et l’enveloppe de gaz serait immense (pour une étoile), de la taille du système solaire.

Pour déterminer ce qui pourrait être à l'origine de l'apparence inhabituelle de l'objet, les chercheurs ont simulé plusieurs scénarios astrophysiques possibles et les ont comparés aux observations du Webb.

Ils ont commencé à se demander si il était possible de créer une couleur rouge aussi intense uniquement à partir d'hydrogène, sans aucune poussière. Il s'avère que c'est possible, à condition de disposer d'un écran d'hydrogène extrêmement dense, si dense qu'il ressemble davantage à la surface d'une étoile gigantesque qu'à une nébuleuse interstellaire.

Les chercheurs ont modélisé cette source comme un trou noir enveloppé, dans lequel la rupture de Balmer et les caractéristiques d'absorption résultent d'un gaz extrêmement dense et turbulent formant une enveloppe sans poussière autour d'un trou noir supermassif. Cette source pourrait témoigner de l'existence d'un trou noir primordial plongé dans un gaz dense – une configuration théorique proposée pour expliquer la croissance rapide des trous noirs par accrétion super- Eddington. Le rayonnement du trou noir semble dominer la quasi-totalité de la lumière observée, ne laissant qu'une faible place à la contribution de sa galaxie hôte. Selon Naidu et son équipe, si la source fusionnait avec sa voisine plus brillante, elle ressemblerait aux Little Red Dots (LRD) récemment découverts avec Webb, présentant des distributions spectrales d'énergie complexes. Ici, la couleur rouge du trou noir est due au gaz, et non à la poussière, et c'est la diffusion, et non la cinématique, qui est à l'origine des profils de raies et des luminosités complexes.

Les simulations suggèrent clairement que la source rouge doit contenir une source d'énergie extrêmement puissante, dissimulée dans un cocon d'hydrogène très dense. Une telle structure pourrait expliquer à la fois la forte discontinuité de Balmer et le fait que les chercheurs n'aient détecté que de l'hydrogène et de l'hélium.

La luminosité extrême de MoM-BH*-1, 100 milliards de fois plus brillant qu’une étoile classique, signifie qu’il ne peut pas être alimenté juste par fusion nucléaire, qui est la source d'énergie au cœur de toutes les étoiles que nous connaissons. L'équipe a donc intégré dans ses simulations un trou noir actif en accrétion au sein du cocon d'hydrogène dense. Après avoir ajusté la masse et d'autres propriétés du trou noir, Naidu et ses collaborateurs ont comparé la luminosité simulée aux mesures effectuées par le JWST. C’est ainsi qu’ils sont arrivés à la conclusion que l’objet devrait renfermer un trou noir de 100 000 masses solaires. MoM-BH*-1 serait ainsi la première « étoile à trou noir ».

La question évidente que l’on se pose, c’est : est-ce que les étoiles à trous noirs pourraient expliquer les Little Red Dots observés par le télescope Webb ?

Certains astrophysiciens soupçonnent que les étoiles à trou noir pourraient expliquer une grande partie des LRD observés sur les images du JWST. Même si ces sources sont moins brillantes que MoM-BH*-1, elles pourraient en effet partager la même structure de base.

Les LRD correspondraient à une étoile à trou noir, nichée au cœur d'une galaxie primitive. Mais la particularité de MoM-BH*-1 réside dans le fait que l'étoile à trou noir surpasse totalement la luminosité de sa galaxie hôte, de sorte que l’on observe la lumière pure d'une étoile à trou noir. On peut alors considérer MoM-BH*-1 comme un modèle quasi pur pour la composante AGN des LRD et le combiner avec une galaxie à formation d'étoiles de luminosité UV comparable afin de rendre compte des propriétés énigmatiques des LRD. Dans ce modèle composite, la galaxie à formation d'étoiles domine dans l'UV (morphologie étendue et raie Lyα étroite), tandis que le trou noir domine dans le domaine optique (rupture de Balmer, raies de Balmer larges et variabilité attendue d'un AGN autour de Hα). La faiblesse en rayons X peut s'expliquer par l'enveloppe de gaz épaisse, tandis que la faiblesse dans l'infrarouge lointain résulte d'une atténuation par la poussière qui serait bien plus faible que celle supposée par toutes les études sur les LRD, car le spectre d'émission du trou noir est intrinsèquement faible en UV en dessous de la rupture de Balmer. La diversité des contributions relatives et des propriétés de chaque composante (par exemple, l'histoire de formation stellaire de la galaxie hôte, la densité du gaz autour du trou noir) pourrait expliquer toute la diversité observée dans les propriétés des LRD.

D’ailleurs, une étude récente a montré que la diffusion des électrons dans un gaz dense pourrait être un phénomène courant chez les LRD, une preuve indépendante que les trous noirs enveloppés de gaz, comme la source étudiée ici, pourraient être les principaux moteurs des LRD.

Si cette interprétation se confirme, MoM-BH*-1 pourrait donc fournir un indice important sur l'un des mystères les plus débattus actuellement, la naissance des trous noirs supermassifs et des galaxies, tout en révélant un type d'objet cosmique que les astronomes n'avaient jamais observé directement auparavant…

 

Source

A gas-enshrouded and gas-reddened black hole at cosmic dawn

Rohan P. Naidu et al.

Nature volume 656, pages329–333 (12 august 2026)

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10846-4

 

Illustrations

1. Vue d 'artiste de MoM-BH*-1 (Jose-Luis Olivares)

2. Rohan Naidu

Détection d'une raie gamma à 43,2 GeV provenant d'amas de galaxies massifs

Une équipe d'astrophysiciens chinois vient de mettre en évidence l'existence d'une raie gamma à une énergie de 43,2 GeV dans les données du télescope Fermi LAT accumulées pendant 15,5 ans en direction de 13 amas de galaxies. Cette raie gamma pourrait être le signal tant attendu d'un processus de désintégration ou d'annihilation de particules de matière noire, et donc une preuve indirecte de l'existence de particules massives interagissant faiblement. L'étude est publiée cette semaine dans Physical Review Letters.

Peu après la première publication des données de Fermi-LAT en 2012, plusieurs groupes de chercheurs ont entrepris des recherches de signaux de raies gamma en direction de la partie interne de la Galaxie et ont permis de trouver des preuves de la présence d'une raie aux environs de 130 GeV. Mais ce signal s'est avéré être un effet systématique de la reconstruction précoce des données de Fermi- LAT. Ce résultat nul a également été confirmé par l'observation indépendante du DArk Matter Particle Explorer (DAMPE). Cette fois, Yi-Zhong Fan (Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences) et ces collaborateurs se sont concentrés sur les amas de galaxies, les systèmes liés gravitationnellement les plus massifs de l'Univers, qui contiennent un grand nombre de sous-structures pouvant constituer des cibles prometteuses pour la recherche de matière noire. Ils ont pour cela exploité les données de Fermi-LAT archivées durant 15,5 ans. 

L'analyse de Fan et ses collaborateurs montre l'existence d'une raie spectrale à 43,2 GeV en direction d'un groupe de 13 amas de galaxies massifs proches, et plus particulièrement de 3 d'entre eux. Les chercheurs chinois montrent que ce signal est toujours présent dans les données les plus récentes.

La détection d'une raie gamma a été considérée comme la preuve irréfutable de l'annihilation et de la désintégration de la matière noire, car aucun processus astrophysique ou physique connu ne pourrait générer un spectre aussi particulier. Fan et ses collaborateurs ont utilisé les données publiques de Fermi-LAT P8R3 dans les directions de 13 amas de galaxies massifs à différents décalages vers le rouge z≤ 0,028, avec une analyse de vraisemblance non discrétisée. 

Le signal gamma à 43.2 GeV qu'ils identifient a une valeur de test statistique (TS) d'environ 30 si on ne considère que les données en direction des amas de la Vierge, du Fourneau et d'Ophiuchus, trois amas massifs. Et ce signal est toujours présent lorsque les données de dix autres amas massifs proches sont également incluses, bien que la valeur TS diminue à environ 21, probablement en raison de leurs faibles rapports signal/bruit selon les chercheurs. 

Le test statistique TS est défini comme TS≡2​ln⁡(ℒ^signal/ℒ^nul), où ℒ^ est la valeur de vraisemblance la mieux adaptée. La signification locale d'un signal de raie peut être approximée par la racine carrée de la valeur TS.

D'autre part, ce signal est absent dans la Galaxie interne, ce qui permet de réfuter à la fois l'effet instrumental et l'interprétation canonique de l'annihilation de la matière noire, ce qui implique qu'on pourrait avoir besoin d'un modèle de matière noire plus sophistiqué ou un scénario astrophysique très particulier.

On peut rappeler que de nombreux candidats intéressants pour les particules de matière noire ont été proposés dans la littérature, et les particules massives interagissant faiblement (WIMP) sont les plus prometteuses car elles peuvent expliquer naturellement la densité relique actuelle de matière noire. Les WIMPs peuvent s'annihiler ou se désintégrer, et finalement générer des paires de particules stables du modèle standard, telles que les rayons gamma, les neutrinos et antineutrinos, les électrons et positrons, les protons et antiprotons, etc. L'identification réussie de tels signaux pourrait donc permettre de déduire les propriétés des particules de matière noire.

Malgré les efforts considérables déployés au cours des dernières décennies, aucun signal définitif de matière noire n'a été identifié, ni dans les rayons gamma, ni dans les rayons cosmiques. L'une des difficultés réside dans le fait que les spectres d'énergie résultants des produits sont généralement lisses, ce qui rend difficile leur distinction des bruits de fond astrophysiques. Mais la situation pourrait changer si on observe une structure nette, comme une raie, comme on pourrait s'y attendre lors de l'annihilation ou de la désintégration des WIMPs dans un état final à deux corps γ​χ (ou la désintégration produisant un neutrino et un photon gamma à travers χ→γ​ν ). Dans le cas d'une annihilation, l'énergie des photons gamma dépend de la masse de la particule de matière noire : 

Eγ=mχ​(1−mχ²/4​mχ²).

Les  chercheurs chinois calculent la valeur TS du signal de raie dans la direction de chaque amas de galaxies et l'évolution de la valeur TS d'un groupe de sources en fonction de l'accumulation de sources. Ils calculent également l'évolution temporelle des valeurs de TS des trois amas de galaxies (Vierge Ophiuchus et Fourneau) , ainsi que de l'échantillon complet, puis des amas individuels.

Il s'avère que pour le signal dans l'ensemble de l'échantillon, la signification statistique globale est d' environ 3.7​ σ, tandis que pour les trois amas de galaxies Vierge Ophiuchus et Fourneau, la signification statistique globale est d'environ 4.3 σ... Il manque peu de chose pour annoncer une vraie découverte (définie à 5 σ).

Assez curieusement, Fan et ses collaborateurs observent une évolution temporelle du signal. Pour les trois amas principaux, la valeur de TS nette augmente globalement avec le temps, mais on voit une forte fluctuation durant l'intervalle de temps entre 57000 et 59000 MJD.

Pour l'ensemble de l'échantillon, la valeur TS atteint un pic aux alentours de 57700 MJD, puis chute rapidement, mais depuis 58600 MJD, elle est à nouveau en hausse. De manière générale, les valeurs de TS du signal dans les directions de la Vierge et d'Ophiuchus augmentent linéairement avec le temps, ce qui indique un processus d'émission globalement stable.

Après plus de 15 ans en orbite, Fermi-LAT est toujours en bon état et ses excellentes performances continues garantissent la collecte de données de haute qualité supplémentaires. Ce sera crucial pour vérifier si le signal observé à 43,2 GeV est réel ou non. Néanmoins, le double des données actuelles ne sera possible que d'ici 2040 seulement.... De plus, les données des télescopes gamma au sol, comme le Cherenkov Telescope Array, souffrent d'un bruit de fond important dû aux rayons cosmiques et d'une faible résolution énergétique aux environs de 40​GeV, ce qui les rend presque inutilisables pour confirmer le signal.

Heureusement, la prochaine génération de télescopes spatiaux à rayons gamma est à l'étude. Notamment VLAST (Very Large Area γ-ray Space Telescope) , une mission spatiale chinoise en cours de proposition, qui se caractérise par une excellente efficacité de détection dans la gamme du GeV et du TeV et avec surtout une excellente résolution énergétique de∼1.3% à 50 GeV. Compte tenu de sa haute acceptabilité et de sa résolution énergétique, un tel télescope serait parfait pour déterminer définitivement s'il existe une raie γ à 43 GeV dans les amas de galaxies. Fan et ses collaborateurs ont simulé ce que seraient des observations de VLAST sur 2 ans sur les 13 amas de galaxies étudiés avec Fermi-LAT, en adoptant comme données d'entrée les résultats d'ajustement optimaux du signal ainsi que du bruit de fond des données Fermi-LAT actuelles. En deux ans d'accumulation de données, la valeur du TS de la raie à 43 GeV devrait être d'environ 73. Les chercheurs chinois peuvent ainsi prévoir que en 1 à 2 ans, VLAST pourrait confirmer la présence de la raie à 43 GeV.

Le smoking gun de la matière noire a-t-il enfin été trouvé ? 

Source

Evidence for a ∼43 GeV γ-ray Line Signal in a Stacking Analysis of the Virgo, Fornax, and Ophiuchus Galaxy Clusters 

Yi-Zhong Fan et al.

Physical Review Letters 137, 071003 (12 August 2026)

https://doi.org/10.1103/lq5r-sjp7

Illustration

Spectre en énergie mesuré par Fermi LAT et simulation du signal observable avec VLAST (Fan et al.)

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Reflect Orbital : une pure catastrophe !

C’est une dinguerie... de type folie furieuse ! Le 9 juillet dernier, la Commission fédérale des communications des États-Unis a approuvé le projet de la start-up californienne Reflect Orbital qui vise à lancer en orbite basse un énorme miroir pour créer à la demande des zones éclairées sur Terre, pendant la nuit. Le but de Reflect Orbital est ensuite de déployer 50 000 miroirs de ce type d’ici 2035 ! Si jamais ce projet délirant voit le jour, ç’en est fini de l’astronomie optique terrestre…

Le projet Reflect Orbital vise à rediriger la lumière du soleil vers les zones nocturnes de la Terre, permettant d'atteindre une luminosité équivalente à celle de midi solaire dans certaines régions. Selon la start-up, leur objectif est de fournir « une énergie propre et abondante, disponible à la demande ». L'entreprise explique que ces zones d’apport de lumière solaire pourraient accroître la productivité agricole, faciliter les opérations de secours en cas de catastrophe naturelle et permettre aux panneaux solaires de produire de l'électricité la nuit. Evidemment, la communauté astronomique à vite compris les conséquences néfastes d’un tel projet. Non seulement les faisceaux de lumière émis par les miroirs en orbite pourraient fortement perturber le fonctionnement des télescopes sensibles, mais en plus ils ne feraient qu'aggraver encore la pollution lumineuse, à l’image de la présence de la pleine lune qui empêche de nombreuses observations du ciel profond. Roohi Dalal, directrice adjointe des politiques publiques de l'American Astronomical Society a déclaré à juste titre que « Avec 50 000 satellites, cela signifierait probablement la fin de l'astronomie au sol, ou du moins de l'astronomie optique ».

Après avoir reçu l'approbation de la Commission fédérale des communications des États-Unis, Reflect Orbital prévoit de lancer son premier satellite nommé Eärendil-1, d'ici la fin de l'année, sur une orbite à 625 kilomètres d'altitude. De là, ce satellite, de la taille d'un mini-réfrigérateur, déploiera un miroir de la taille d'un court de tennis, mais de quelques microns d’épaisseur. Le miroir sera orienté de manière à concentrer la lumière du soleil sur plusieurs sites d'essai, et l'équipe de Reflect Orbital doit évaluer les mécanismes de déploiement et de pointage. Le premier miroir illuminera une zone d'environ 24 kilomètres carrés à la surface de la Terre. L’entreprise précise que le faisceau de lumière pourra être éteint à la demande… il faut juste les croire sur parole…

Ben Nowack, cofondateur et PDG de Reflect Orbital dit qu’ils veulent démontrer comment ils peuvent apporter un bénéfice sans projeter de lumière là où personne ne le souhaite. Il paraît que l’équipe de Reflect Orbital a créé des centaines de prototypes de miroirs, qu’ils vont effectuer de nombreux essais en sollicitant des chercheurs indépendants pour étudier les effets de leurs dispositifs. Reflect Orbital aurait même mis en place des mécanismes de contrôle afin de garantir que sa technologie n'interfère pas avec le travail des astronomes. Curieux, ça me rappelle étrangement les annonces de Starlink dans les débuts…

Outre la folie de tuer définitivement la nuit noire, il y a une chose que Reflect Orbital semble mettre un peu sous le tapis : le risque. Parce que, comme pour tout satellite, une simple erreur matérielle ou logicielle peut entraîner des conséquences désastreuses, notamment ici un déploiement défectueux des gigantesques miroirs. Le diable se cache souvent dans les détails. Imaginez un de ces miroirs (voire le tout premier) dont le satellite support tombe en panne et ne peut plus communiquer. Il devient incontrôlable, et le miroir éclaire alors la Terre en continu, soit la même zone, soit plusieurs au gré de ses mouvements incontrôlés…  

Et une fois les miroirs de test déployés, Reflect Orbital devrait surveiller attentivement les effets des débris provenant d'autres engins spatiaux en orbite basse autour de la Terre, et ils sont nombreux, ces débris…. A cette altitude, des fragments de débris de quelques millimètres ou centimètres sont fréquents et pourraient percuter ces miroirs d’autant plus facilement que leur surface est grande. Des impacts répétés sur ces miroirs ultrasensibles pourraient évidemment en réduire l'efficacité mais surtout produire encore plus de débris. Ces risques pourraient s'aggraver très vite si Reflect Orbital lance des milliers de satellites miroirs.

Le premier satellite d'essai dont le lancement a été approuvé par l’autorité trumpienne, mais qui pourrait impacter le monde entier, fournira environ autant de lumière que la pleine lune. C’est déjà beaucoup trop, et ça montre que pour espérer augmenter la production d'énergie solaire ou éclairer des zones urbaines la nuit, l'entreprise aura besoin de beaucoup plus de satellites, ce qui accroîtra les risques de collision et l’apparition d’un beau syndrome de Kessler.

Un porte-parole de Reflect Orbital a précisé, je cite, « qu’ils s'efforceront d'éviter les collisions avec les débris spatiaux ». Ah ouais ? Et comment ?

C’est évidemment une catastrophe pour l’astronomie. De nombreux chercheurs craignent que la mission Reflect Orbital ne nuise aux observations et à la collecte de données. Les télescopes optiques, comme celui de l’observatoire Vera C. Rubin au Chili, utilisent des instruments ultrasensibles qui sont susceptibles de subir d'importantes interférences dues aux faisceaux de lumière réfléchis. Par exemple, si l'une des images de Rubin incluait un miroir de Reflect Orbital, elle serait complètement saturée et inutilisable.

Reflect Orbital affirme que le contrôle précis des faisceaux des miroirs afin d'éviter toute lumière parasite est une priorité absolue depuis le début. L'entreprise serait en train de travailler à un accord avec la NSF (National Science Foundation) afin de répondre aux préoccupations des scientifiques, et Nowack promet de maintenir des « zones d'exclusion » pour protéger les installations astronomiques.

Mais ce ne sont pas de « zones d’exclusion » que les astronomes du monde entier, professionnels comme amateurs, ont besoin, comme tout à chacun, du reste. Ce que nous voulons c’est l’exclusion de ces projets délirants de constellations de dizaines de milliers de satellites plus réfléchissants les uns que les autres qui détruisent la nuit noire, et encore plus ce projet délétère.

Le pire dans cette histoire, comme c’était le cas également avec la constellation Starlink, c’est que ce ne sont que quelques personnes aux Etats-Unis qui, avec leurs décisions abjectes, vont polluer durablement l’orbite basse de notre planète et bouleverser la vie nocturne de 8 milliards de personnes qui ne demandaient rien d’autre que de s’émerveiller en regardant le ciel étoilé. 

Illustrations 

1. La Terre illuminée (Jesper Klausen/Science Photo Library)

2. Vue d'artiste de quelques miroirs en orbite (Reflect Orbital)

Découverte du premier trou noir stellaire dans Omega Centauri

L'amas globulaire massif Omega Centauri intrigue les astronomes depuis des décennies parce qu’il devrait contenir de nombreux trous noirs, mais les preuves de leur existence se font bien rares. Aujourd'hui, une équipe d'astrophysiciens, grâce aux données d'archives du télescope spatial Hubble et à des observations complémentaires du télescope spatial Webb, ont enfin localisé le premier trou noir de masse stellaire dans cet amas. L’étude a été publiée dans The Astrophysical Journal Letters.

Omega Centauri est un gros amas globulaire composé de 10 millions d'étoiles liées gravitationnellement, qui est situé à 18 000 années-lumière. Bien que la communauté astronomique ait déjà mis en évidence, grâce au télescope Hubble, la présence d'un trou noir de masse intermédiaire en son centre, les modèles suggèrent que cet amas globulaire devrait également contenir environ 10 000 trous noirs de masse stellaire. Cette population importante de trous noirs a totalement échappé à la détection lors de précédentes études observationnelles, qui utilisaient la méthode des vitesses radiales ou recherchaient les émissions radio et X de la matière spiralant sur les trous noirs.

Matthew Whitaker (université de l’Utah) et ses collaborateurs ont adopté une approche inédite pour ce type de recherche, l'astrométrie, qui permet de mesurer les infimes mouvements des étoiles au fil du temps. En analysant plus de 20 ans de données d'archives du télescope Hubble et en intégrant des données récentes du télescope Webb pour affiner leurs mesures astrométriques, l'équipe a ainsi localisé une étoile orbitant autour d'un objet invisible si massif qu'il s'agit nécessairement d'un trou noir. Baptisé oMEGACat BH-2, ce trou noir de masse stellaire est le premier détecté dans Omega Centauri et présente des caractéristiques surprenantes. oMEGACat BH-2 possède notamment une masse de 4,46 masses solaires, ce qui est inférieur aux prévisions. Et puis, avec son étoile compagne, le système binaire trou noir-étoile présente la plus longue période orbitale jamais observée à ce jour, avec 94 ans.

La précision des mesures est assez incroyable : elle atteint une fraction de pixel sur les détecteurs de Hubble et Webb. Il faut préciser qu’une étude antérieure menée par un autre groupe de chercheurs, avait suggéré la présence d'une étoile à neutrons dans ce système binaire. En complétant les données de Hubble de l'étude précédente par des mesures astrométriques d'archives de Hubble réalisées entre 2002 et 2023, et en intégrant des données infrarouges proches du télescope Webb pour améliorer la précision, Whitaker et ses collaborateurs ont pu mieux contraindre la masse du compagnon sombre de l'étoile visible (une étoile standard de 0.78 masse solaire). Ils ont ainsi pu écarter l'hypothèse d'une étoile à neutrons en calculant sa masse, deux fois trop élevée pour être une étoile à neutrons.

Cependant, la masse de ce trou noir est bien inférieure à celle qui était attendue dans un environnement pauvre en métaux comme Omega Centauri. Une étoile pauvre en métaux est généralement très massive et finit sa vie en formant un trou noir également assez massif. Une telle étoile pourrait donc former un trou noir de ce type. La découverte du premier membre de cette population de trous noirs permettra d'affiner les théories actuelles sur leur formation dans des environnements tels qu'Omega Centauri, selon les chercheurs.

Concernant la détermination de la période orbitale, c’est grâce aux données précises des télescopes Hubble et Webb que l'équipe a pu retracer la trajectoire de l'étoile sur plus de 20 ans, notamment lors de son passage au plus près du trou noir, moment où elle se déplaçait le plus rapidement dans le ciel. À partir de ces données exhaustives, Whitaker et ses collaborateurs ont déterminé que l'étoile visible orbite autour d'oMEGACat BH-2 en 94 ans, ce qui en fait le système binaire à trou noir à la période orbitale la plus longue jamais observé. Et cette longue période orbitale apporte également un éclairage sur l'origine de ce système binaire. Cela indique qu’iI s'est probablement formé dynamiquement, c’est à dire que l'étoile et le trou noir ne formaient pas un couple au départ, mais se sont rencontrés au sein de cet amas et sont restés liés gravitationnellement. Et les chercheurs ont calculé qu'un système comme oMEGACat BH-2 devrait survivre moins d'un milliard d'années avant d'être séparé par des collisions avec des étoiles voisines, une durée de vie bien plus courte que l'âge de l'amas (environ 12 milliards d'années).

Il est important de comprendre les populations de trous noirs dans les amas globulaires car leur physique et leur formation restent incertaines. Plus précisément, il est essentiel de comprendre le processus de formation des trous noirs, puis la formation dynamique des binaires, car cela influence notre capacité à interpréter et à comprendre les ondes gravitationnelles. Il ne faut pas oublier que ce sont des environnements comme Omega Centauri qui sont les principaux lieux où des binaires de trous noirs fusionnent et créent des ondes gravitationnelles.

Les recherches de binaires par vitesse radiale dans les amas globulaires ont été rendues possibles grâce aux mesures avec MUSE en multi-époques qui ont été effectuées dans NGC 3201, ω Cen et 47 Tuc, mais elles n'ont permis de détecter que les deux trous noirs de NGC 3201. De nombreuses binaires détectées par vitesse radiale dans ω Cen ne présentent pas de contraintes orbitales précises, mais pour les chercheurs, des binaires à trous noirs à courte période (< 1 an) devraient pouvoir être caractérisées à l'aide de ces données, à condition que la compagne visible soit une étoile plus brillante. L'analyse des données existantes sur d'autres amas et une surveillance accrue pourraient aussi conduire à la détection de nouvelles binaires à trous noirs.

Quoi qu'il en soit, de nouvelles détections seront nécessaires pour mieux caractériser la population de trous noirs dans les amas globulaires. Et on peut affirmer que l'identification de oMEGACat BH-2 marque le début d'une nouvelle ère pour la découverte astrométrique de trous noirs dans les amas globulaires...

Source

A Long Period Stellar-mass Black Hole Binary in ω Centauri

Matthew Whitaker, et al.

The Astrophysical Journal Letters, Volume 1006, Number 1 (13 july 2026)

https://doi.org/10.3847/2041-8213/ae7a5c

Illustrations

1. Localisation de oMEGACat BH-2 dans Omega Centauri (ESA, NASA, Maximilian Häberle (MPIA), Joseph DePasquale (STScI))

2. Matthew Whitaker

Découverte de 31 quasars extrêmement lointains grâce à Euclid

Le télescope spatial Euclid vient de permettre la découverte de 31 quasars parmi les plus lointains jamais observés. Deux de ces cœurs de galaxies alimentés par des trous noirs supermassifs, sont les quasars les plus lointains jamais observés dans l'histoire cosmique. Ils brillent lorsque l'Univers n’a que 670 millions d'années, soit seulement 5 % de son âge actuel. La découverte est publiée dans Astronomy&Astrophysics.

Les quasars représentent une phase brève de la vie d'une galaxie, durant laquelle d'importantes quantités de matière sont englouties en spirale par le trou noir supermassif central, libérant ainsi une énergie colossale. Durant cette phase, le noyau de la galaxie brille plus intensément que tout autre objet de l'Univers, surpassant souvent le reste de sa galaxie hôte par des centaines voire de milliers de fois.

Le télescope spatial Euclid a été mis en orbite au point de Lagrange L2 en juillet 2023 par l’ESA. Il explore la composition, l’histoire et l’évolution de l'Univers, en cartographiant sa structure à grande échelle, dans le but de révéler les secrets de l'Univers sombre. Il est utilisé pour observer des milliards de galaxies, ce qui permet de révéler ainsi de nombreux quasars.

Da-Ming Yang (université de Leiden) et ses nombreux collaborateurs, ont découvert grâce à Euclid un nombre sans précédent de 31 nouveaux quasars dans l'Univers primordial. Cette découverte change la donne, puisqu'elle révèle non seulement ces rares quasars brillants, mais aussi la majeure partie de la population ancienne de quasars. Elle ajoute 12 nouveaux quasars situés à un décalage vers le rouge supérieur à 7, correspondant aux 770 premiers millions d'années de l'Univers.

Les deux quasars les plus anciens de ce lot, EUCL J1729+6410 et EUCL J1253+7054, présentent des décalages vers le rouge respectifs de 7,77 et 7,69, établissant ainsi un nouveau record pour les quasars les plus anciens jamais découverts. Situés à un peu plus de 13 milliards d'années-lumière, ils sont apparus durant les 670 premiers millions d'années de l'Univers. Ces quasars ont été sélectionnés parmi environ 3 000 deg² de ciel couverts durant les 1,5 premières années du relevé Euclid Wide Survey, représentant les premiers résultats de la recherche de quasars à haut décalage vers le rouge menée par Euclid. La sélection de candidats a fait appel à plusieurs techniques d'apprentissage automatique et probabilistes appliquées aux images d’Euclid, complétées par des données auxiliaires lorsque disponibles. Des observations spectroscopiques de suivi ont notamment été réalisées avec les télescopes Keck, Magellan et le Large Binocular Telescope (LBT).

Parmi les nouvelles découvertes, on compte 12 quasars à un redshift z  ≥ 7, soit plus du double du nombre de quasars précédemment connus à de tels redshifts. Le quasar avec le décalage vers le rouge le plus élevé , EUCL J1729+6410 à z  ≈ 7,77, établit un nouveau record de décalage vers le rouge pour un quasar.  Il faut préciser que pour découvrir les dix premiers quasars situés à environ à un décalage vers le rouge de 7 ou plus, ça a pris plus d'une décennie aux astronomes. Mais grâce à Euclid, on vient d'en découvrir davantage en une seule année…

Une grande partie des quasars découverts ici se situent dans la partie inférieure de la distribution de luminosité des quasars. De plus, deux de ces quasars présentent des contreparties radio significatives (> 5 σ ) dans le catalogue LoTSS, ce qui souligne la synergie prometteuse entre Euclid et le réseau LOFAR pour l'identification et la caractérisation de la population de quasars à haut décalage vers le rouge ( z ∼  7 et au-delà). Ces découvertes marquent donc une avancée substantielle dans l'étude de l'époque de la réionisation cosmique, démontrant la capacité sans précédent d'Euclid à repousser les limites de l'étude des quasars en fonction du décalage vers le rouge. Des observations complémentaires sont déjà en cours, bien que nombre de ces sources soient faibles et difficiles à caractériser spectroscopiquement. Des instruments tels que le JWST, NOEMA et ALMA seront essentiels pour leur caractérisation future.

Le deuxième quasar le plus ancien découvert par Yang et ses collègues (EUCL J1253+7054) a d'ailleurs déjà fait l'objet d'une étude spécifique plus approfondie par Silvia Belladitta et ses collaborateurs. Ces observations ont révélé que le quasar est enfoui dans une galaxie poussiéreuse et gazeuse où se forme activement de nouvelles étoiles, laissant entrevoir à quoi pourrait ressembler la galaxie hôte d'un trou noir supermassif primitif.

Clairement, ces découvertes démontrent le rôle transformateur d’Euclid dans la découverte des quasars à haut redshift. Elles préparent le terrain pour de futures études de suivi sur les galaxies primitives abritant des quasars, la croissance des trous noirs supermassifs ainsi que le milieu intergalactique à l’époque de la réionisation.

Il est notable que les résultats présentés ici sont globalement cohérents avec les prévisions qu’avait faites la collaboration Euclid en 2019. Les astrophysiciens avaient en effet calculé qu’il devait exister environ 20 quasars à z  ≳ 7 dans 3000 deg² dans la bande spectrale J_E du télescope, et Yang et al. en ont identifié 14 avec cette caractéristique  parmi leurs 31 nouvelles découvertes. Evidemment, la recherche et le suivi spectroscopique ne sont pas encore terminés (en particulier dans l'hémisphère sud), et cette comparaison est donc provisoire ; mais elle pourrait suggérer que certaines fonctions de luminosité des quasars existantes sous-estiment la densité numérique à un redshift z  ≳ 7 pour les quasars de faible luminosité.

Dans leur conclusion, les chercheurs estiment que, à mesure que la zone d'observation d'Euclid va s'étendre et que les confirmations progressent, les premiers quasars à z  > 8 seront probablement identifiés prochainement…

 

Source

Euclid : Découverte de 31 nouveaux quasars à 6,6 < z < 7,8

D. Yang et al.,

Astronomy & Astrophysics (6 juillet 2026)

https://doi.org/10.1051/0004-6361/202658883

Illustration

15 quasars lointains sur les 31 observés avec Euclid [au centre de chaque image]  (ESA / Euclid / Euclid Consortium / NASA, image processing by the Euclid Science Ground Segment and Antoine Basset (CNES))

Excès gamma du centre galactique : la matière noire remise en selle

En 2011, Dan Hooper et Lisa Goodenough (Fermilab) publiaient un article retentissant annonçant l'existence d'un excès mystérieux de rayons gamma en provenance du centre galactique, qui pouvait être interprété comme le signal de l'annihilation de particules exotiques de matière noire. Quelques années plus tard, une autre explication a émergé pour expliquer ce flux gamma : la présence de centaines de pulsars millisecondes émetteurs de photons gamma. Depuis lors, les deux scénarios ont âprement été débattus, avec une préférence qui s'est de plus en plus affirmée au fil des ans pour l'hypothèse des pulsars millisecondes, sans que l'hypothèse matière noire ne puisse être définitivement écartée. Aujourd'hui, une équipe de chercheurs vient  d'analyser les données sous un nouvel angle, en prenant en compte l'énergie des photons gamma individuels. Ils en concluent que l'hypothèse matière noire est plus convaincante que celle des pulsars millisecondes... Ils publient leur étude dans la prestigieuse Physical Review Letters. 

Une voie pour résoudre la nature de l'excès gamma du centre galactique (GCE) consiste à exploiter la caractéristique d’une source ponctuelle : la production de plus d’un seul photon depuis exactement une même position. La carte pixellisée du nombre de photons prédite par l’annihilation de la matière noire suit une distribution de Poisson. Bien qu’elle soit contrôlée par la distribution sous-jacente et incertaine de matière noire dans la Galaxie interne, un détecteur observe une distribution spatiale relativement lisse, ponctuée de fluctuations poissoniennes. Les sources ponctuelles, par leur capacité à produire plusieurs photons depuis la même position, injectent une variation supplémentaire d’un pixel à l’autre dans la carte. Même pour une population de sources trop faibles pour être détectées individuellement, elles peuvent collectivement induire une modification observable de la carte de photons par rapport à la prédiction poissonienne.

Cette intuition peut être encodée dans une vraisemblance analytique afin de distinguer les scénarios — comme cela a été fait pour la fonction de distribution de probabilité à un point, l’ajustement de gabarits non poissonien (NPTF) et le générateur de Poisson composé — ce qui a sous-tendu l’affirmation fondée sur le NPTF par Lee et al. en 2016 selon laquelle le GCE avait une origine de sources ponctuelles, des pulsars. Mais la robustesse de ces méthodes a été débattue à partir de 2019. Ce qui est indiscutable, c’est que la faisabilité computationnelle a imposé que la vraisemblance soit évaluée avec deux approximations importantes : premièrement : les corrélations de pixel à pixel sont négligées, et deuxièmement : les énergies des photons sont écartées.

Ces 5 dernières années, des approches d’apprentissage automatique ont été exploitées avec succès pour dépasser la première approximation. En particulier, une analyse sans vraisemblance fondée sur des réseaux de neurones convolutifs a conclu que, bien que le GCE puisse avoir une origine par des sources ponctuelles, ces sources devraient être considérablement plus faibles que ce qui avait été conclu dans les études de vraisemblance antérieures.

Florian List (université de Vienne) et ses collaborateurs se sont à nouveau appuyés sur la méthodologie des réseaux de neurones convolutifs, cette fois, afin de démontrer qu’elle peut également supprimer la seconde hypothèse, et fournir la première analyse de la nature en sources ponctuelles du GCE dépendante de l’énergie. 

Sur le plan conceptuel, il s’agit d’une avancée importante dans les études du GCE. On sait que le GCE possède un spectre distinct de celui des arrière-plans dominants. L’information en énergie fournit donc un levier puissant grâce auquel les méthodes pourraient démêler sa nature en identifiant des erreurs de modélisation de l’arrière-plan. Grâce à leur méthode, List et ses collaborateurs retrouvent un spectre de l’excès qui est similaire à celui des études antérieures, mais une population de sources bien moins lumineuse, et dont la prédiction médiane est compatible avec une émission purement poissonienne, comme ce qui serait attendu pour une origine liée à la matière noire. 

Cet apport est considérable puisque l’information énergétique conduit les sources ponctuelles supposées à être significativement moins lumineuses, ce qui indique soit que l'excès du centre galactique est véritablement diffus par nature, soit qu’il est composé d’un nombre exceptionnellement élevé de sources ponctuelles. Quantitativement, pour le meilleur modèle d’arrière-plan de List et ses collaborateurs, si l'excès est dû à des sources ponctuelles, la prédiction médiane du nombre de pulsars est de l’ordre de 100 000, et en tous cas plus de 35 000 avec un niveau de confiance de 90 %. Dans les deux cas, ce serait une population de plusieurs ordres de grandeur supérieure aux quelques centaines de pulsars qui ont été privilégiés par les analyses antérieures de sources ponctuelles du centre galactique.

Les chercheurs précisent que les variations permises par les systématiques de l’arrière-plan peuvent réduire le nombre requis de sources d’environ un facteur 10. On est encore très supérieur à quelques centaines... Pour eux, cela demeure la principale incertitude systématique qui mérite une étude plus approfondie. Au-delà de modèles diffus mis à jour, leur réseau de neurones pourrait être entraîné sur des combinaisons linéaires de différents modèles d’arrière-plan, inclure des méthodes adaptatives d’ajustement de gabarits, ou même des modèles pondérés par des polynômes ou des harmoniques. Cela donne des pistes intéressantes pour les travaux futurs sur cette question ô combien importante et passionnante.

On voit que même si on fait face à un problème notoirement difficile, des progrès demeurent possibles, et l’apprentissage automatique s’avère être un outil puissant pour dépasser des limitations anciennes. List et ses collègues ont produit la première inférence simultanée du spectre du GCE et de la distribution du nombre de sources, révélant que l’inclusion de l’énergie déplace la distribution des sources jusqu’à la rendre indiscernable de l’émission poissonienne qui est prédite par l'hypothèse de la matière noire. Ils affaiblissant ainsi l’un des principaux éléments de preuve en faveur de l’hypothèse des pulsars millisecondes...

Maintenant, plusieurs extensions directes de cette étude devraient être étudiées. La méthode pourrait par exemple être étendue à une plage d’énergie plus large, en particulier vers les basses énergies où le spectre unique du GCE pourrait apparaître plus clairement. Plus largement, il est probable que l’approche fondée sur les réseaux de neurones convolutifs, bien qu'elle soit performante, ne constitue pas encore l’utilisation optimale de l’apprentissage automatique pour ce problème. Explorer comment ces méthodes peuvent être poussées encore plus loin constitue une étape importante pour l’avenir, et surtout pour déterminer si la découverte de la matière noire a déjà été faite en 2011, grâce à la détection d'un excès de rayons gamma dans le centre galactique...

Source

Energy Distribution of the Galactic Center Excess’s Sources

Florian List et al.

Phys Rev Lett 136 (12 June 2026)

https://doi.org/10.1103/dkcq-6y4f 

Illustration

Visualisation de l'excès gamma du centre galactique (NASA)