The China Mail - Nāpōwawāʻenakaulua : la paire de quasars la plus ancienne et compacte découverte

Les astrophysiciens ont mis au jour Nāpōwawāʻenakaulua, également désigné sous le nom de J1602+4228AB. Il s'agit d'une paire de quasars située aux confins de l'Univers observable, dont la découverte a été publiée le 10 novembre 2026 dans la revue The Astrophysical Journal Letters. Ces deux trous noirs supermassifs extrêmement lumineux se sont formés environ 900 millions d'années après le Big Bang, une période correspondant à l'aube de l'histoire cosmique.

Ce nom hawaïen provient du programme A Hua He Inoa, initié par le centre d'astronomie ʻImiloa et le collège de langue hawaïenne de l'université d'Hawaï. La traduction officielle est « deux corps célestes d'une obscurité puissante et insondable, dans l'éclat de la chaleur, réincarnant l'énergie dans l'Univers ». Cette dénomination s'inscrit dans une lignée symbolique, faisant écho à Pōwehi, le premier trou noir photographié en 2019, ainsi qu'à Pōniuāʻena, qui était le quasar le plus lointain connu au moment de sa découverte en 2020.

L'existence de Nāpōwawāʻenakaulua pose un défi majeur aux modèles théoriques sur la formation de l'Univers. La paire est remarquable par sa compacité : il s'agit de la paire de quasars la plus rapprochée jamais observée à une telle distance cosmique. Bien que les astronomes anticipent souvent que ces astres énergétiques, qui constituent les objets les plus brillants du cosmos, évoluent en binaires, il est rare de parvenir à les identifier distinctement, d'autant plus dans l'Univers lointain.

L'équipe internationale de chercheurs a combiné les données du télescope spatial James Webb (JWST) et du télescope Gemini North, situé à Hawaï. La paire a été repérée initialement dans le cadre du programme Aether du JWST, dirigé par Emanuele Paolo Farina du NOIRLab. Ce projet d'observation avait pour objectif d'étudier 200 quasars, représentant 43 % de tous ceux connus à cette époque de l'histoire cosmique. En analysant ces données, les chercheurs ont identifié un compagnon au quasar J1602+4228A. Le spectrographe infrarouge de Gemini North a ensuite permis de distinguer clairement les deux objets.

Cette détection a requis des conditions observationnelles exceptionnelles. Il fallait d'abord que les trous noirs supermassifs soient dans une phase active de « nourrissage », produisant suffisamment de lumière pour être détectés comme des quasars. Cette phase est relativement brève dans la vie d'un trou noir. Ensuite, il a fallu résoudre deux objets aussi lointains et proches l'un de l'autre, alors que J1602+4228B est très peu lumineux. Une observation terrestre aurait normalement été quasi impossible en raison de la résolution atmosphérique requise. Cependant, un ciel exceptionnellement pur au-dessus du Maunakea a permis à l'équipe de collecter les données nécessaires en seulement deux nuits.

La séparation entre J1602+4228A et J1602+4228B est de 18 100 années-lumière, soit environ un cinquième du diamètre de notre Voie lactée. Cette distance infime à l'échelle cosmique rend la distinction des deux objets particulièrement difficile.

Les masses de ces trous noirs sont colossales. L'un possède une masse de 1,5 milliard de masses solaires, tandis que l'autre en compte environ 400 millions. À titre de comparaison, Sagittarius A*, le trou noir supermassif au centre de notre galaxie, pèse environ 4 millions de masses solaires. Le plus massif de la paire Nāpōwawāʻenakaulua est donc plus de 300 fois plus lourd que celui de la Voie lactée.

Les modèles actuels peinent à expliquer comment des objets aussi massifs ont pu se former si tôt dans l'histoire de l'Univers. Les trous noirs supermassifs observés aujourd'hui ont eu des milliards d'années pour accréter de la matière et fusionner, atteignant ainsi de telles tailles. Or, Nāpōwawāʻenakaulua est observé moins d'un milliard d'années après le Big Bang. Les astrophysiciens ne comprennent pas comment ses deux trous noirs ont pu grossir aussi rapidement.

Silvia Onorato, chercheuse postdoctorale au NOIRLab et auteure principale de l'étude, a souligné cette énigme dans un communiqué : « Il n'y a pas d'explication théorique définitive à l'existence d'un seul de ces quasars géants aussi tôt dans l'histoire de l'Univers. A fortiori s'il y en a deux. Nous avons observé Nāpōwawāʻenakaulua à une époque où l'Univers n'avait qu'un treizième de son âge actuel et, étonnamment, ses trous noirs supermassifs sont aussi massifs que ceux que l'on voit aujourd'hui. »

Selon les auteurs, la présence de ces objets pourrait offrir des indices sur l'état de l'Univers à ses débuts. L'équipe interprète cette découverte comme le signe d'une région où la matière était exceptionnellement concentrée. Dans cet environnement, les interactions entre galaxies auraient simultanément nourri la formation d'étoiles et la croissance rapide des trous noirs. Toutefois, les données disponibles sur cette époque lointaine restent limitées, ce qui complique l'élaboration de modèles robustes.

La découverte de Nāpōwawāʻenakaulua constitue une base essentielle pour mieux comprendre cet environnement primordial et la manière dont la matière interagissait dans un Univers radicallement différent de celui que nous connaissons aujourd'hui.

S.Davis--ThChM