James Webb venait tout juste d’entrer en service ; c’était le 12 juillet 2022, jour où nous sont parvenues ses premières images en haute définition. Dans les mois qui ont suivi, alors que les astronomes les épluchaient, une anomalie visuelle émergea : des centaines de points rouges compacts étaient disséminés dans les images des galaxies les plus lointaines. Trop lumineux pour être des étoiles ordinaires, trop petits pour être des galaxies, ils ne correspondaient à aucun objet déjà catalogué. L’astrophysicien Jorryt Matthee, de l’Institut de science et technologie d’Autriche, les a baptisés « little red dots » (littéralement « petits points rouges ») : depuis, ils ont tenu les scientifiques en échec.
En 2025, 341 en avaient été répertoriés dans l’univers primitif, sans qu’aucune étude ne propose une explication qui fasse consensus. Jusqu’à ce que, le 13 août, une étude publiée dans la prestigieuse revue Nature par une équipe internationale menée par Rohan Naidu, astrophysicien au MIT, propose une piste qui, si elle se confirmait, pourrait non seulement expliquer ce que sont réellement ces petits points rouges, mais aussi révéler l’existence d’une catégorie entière d’objets cosmiques que les astronomes n’avaient, jusqu’ici, jamais pu observer.
Ils y décrivent la découverte de MoM-BH*-1, un objet dont la lumière a voyagé pendant 13 milliards d’années avant de parvenir jusqu’à nous. Un objet qui n’est ni une étoile ni un trou noir au sens classique du terme, qu’ils ont donc baptisé « étoile trou noir », un hybride qui pourrait compléter, voire bouleverser, notre compréhension de la formation des trous noirs supermassifs au cœur des premières galaxies.
Un trou noir déguisé en étoile
MoM-BH*-1 existait 660 millions d’années seulement après le Big Bang, à une époque si reculée que sa lumière, en traversant un univers en expansion continuelle, s’est étirée jusqu’à passer dans l’infrarouge. Les astronomes quantifient cette déformation par le décalage vers le rouge : celui de MoM-BH*-1 atteint 7,76, ce qui le place parmi les objets les plus lointains jamais étudiés en spectroscopie.
Son nom, un tantinet barbare, provient du programme d’observation qui l’a repéré : « Mirage or Miracle » (MoM), un programme de Webb spécialement conçu pour braquer le télescope sur des sources inclassables. Matthee, co-investigateur au sein du programme, les décrit comme « des sources considérées comme risquées, susceptibles d’être des découvertes extraordinaires ou de simples intrus, comme des étoiles froides proches que l’on confond avec des galaxies lointaines. » Le pari a payé, puisque MoM-BH*-1 est certainement l’objet le plus extraordinaire jamais identifié par MoM, et probablement l’un des plus singuliers observés par Webb.
Selon les modèles proposés par l’équipe, MoM-BH*-1 abrite en son cœur un trou noir d’environ 100 000 masses solaires, enveloppé dans un cocon d’hydrogène extrêmement dense dont l’étendue est comparable à… celle de notre Système solaire. Proprement colossal, puisque cette enveloppe de gaz s’étend sur une échelle astronomique qui éclipse totalement le diamètre des plus vastes hypergéantes rouges de la Voie lactée.
Le trou noir, par définition, n’émet rien, mais l’hydrogène qu’il engouffre, lui, oui. En tombant en spirale dans le puits gravitationnel, il se comprime, s’échauffe violemment et libère une énergie considérable avant même de franchir le point de non-retour. Cette énergie irradie ensuite l’épaisse couche de gaz qui entoure le trou noir, la transformant en une espèce de surface lumineuse géante. Le résultat mime presque parfaitement l’aspect d’une étoile, à un détail fondamental près : ce n’est pas la fusion nucléaire qui l’alimente, mais la chute de matière dans un gouffre gravitationnel.
Le chaînon manquant des galaxies primitives
Si MoM-BH*-1 est un cas d’école exceptionnel, c’est qu’il est lui-même un petit point rouge, mais contrairement à tous ses cousins, qui sont tous nichés à l’intérieur d’autres galaxies, il brille seul. Sa galaxie hôte est si peu lumineuse qu’il est observable sans le voile lumineux d’autres étoiles ; voile qui, depuis quatre ans, brouillait le déchiffrement des autres petits points rouges en superposant leur lumière à celle de milliards d’autres astres.
Pour la première fois, les astronomes ont donc pu observer ce qui fait briller un petit point rouge sans aucune interférence, et ainsi caractériser précisément la nature de son rayonnement. L’équipe a ensuite mené l’expérience inverse : recombiner numériquement le spectre nu de MoM-BH*-1 avec celui d’une jeune galaxie voisine, vers laquelle il dérive gravitationnellement et avec laquelle il fusionnera dans environ 100 millions d’années.
Ceci, afin de simuler ce à quoi ressemblerait l’objet s’il était situé dans un environnement stellaire classique. Le profil obtenu correspondait, presque trait pour trait, à la signature lumineuse des petits points rouges galactiques. La démonstration de l’équipe serait ainsi établie dans les deux sens : un petit point rouge est une étoile trou noir habillée par la lumière de sa galaxie ; MoM-BH*-1 est la même étoile trou noir, « déshabillée ».
Si cette interprétation se confirme, elle résoudrait du même coup l’un des problèmes les plus tenaces de la cosmologie contemporaine : l’existence de trous noirs supermassifs de plusieurs milliards de masses solaires alors que l’univers n’avait que quelques centaines de millions d’années. À cette époque, il n’y avait tout simplement pas assez de temps pour qu’un trou noir de taille stellaire grossisse jusqu’à de telles proportions en avalant de la matière au rythme que prédisent nos modèles cosmologiques.
C’est pourquoi on pourrait considérer les petits points rouges comme MoM-BH*-1 comme un chaînon manquant : une phase de croissance confinée, où le trou noir, prisonnier d’un cocon d’hydrogène extrêmement dense, absorbe de la matière à un rythme que le vide interstellaire ne lui permettrait jamais d’atteindre. Le cocon finit par s’épuiser, le gaz se disperse, et ce qui apparaît derrière est un trou noir devenu assez massif pour devenir un quasar.
« Les astronomes n’ont jamais manqué d’imagination pour expliquer comment ces trous noirs sont devenus si massifs si vite », reconnaît Naidu. « Quelque chose de spectaculaire a dû se produire dans l’univers primitif. Avec James Webb, nous pouvons désormais observer directement cette époque et constater par nous-mêmes quels scénarios se déroulent réellement. » Le chercheur va même plus loin, puisque, dans ce communiqué du MIT, il affirme que « chaque petit point rouge s’explique parfaitement par la présence d’une “étoile trou noir” nichée au cœur d’une galaxie primitive classique. » Une affirmation pleine d’audace, qu’il faut toutefois nuancer, étant donné que MoM-BH*-1 est, pour le moment, le seul petit point rouge dont le spectre lumineux a été analysé avec ce niveau de précision. Les 341 autres devront être à tout prix soumis au même examen spectroscopique pour confirmer l’hypothèse de Naidu et son équipe. Si tant est qu’ils aient raison, ils auront identifié la phase embryonnaire de tous les trous noirs supermassifs de l’univers : un trophée que peu de chercheurs auront eu la chance de soulever.
