400 00 ans après le big-bang, la matière se refroidit et l’Univers n’est pratiquement rempli que d’atomes d’hydrogène neutre. Cette première phase, appelée « âge sombre » perdure plusieurs centaines de millions d’années. Elle prend progressivement fin lorsque se forment les premières étoiles et galaxies et que, selon plusieurs modèles, les atomes d’hydrogène du milieu intergalactique sont ionisés par le puissant flux ultraviolet de la première génération d’étoiles, dite de population III, étoiles extrêmement massives (plusieurs dizaines de fois la masse du Soleil). L’époque de la ré-ionisation de l’Univers s’enclenche.
Un scénario alternatif mettant en avant le rôle des premiers trous noirs stellaires vient d’être proposé par une équipe internationale conduite par Félix Mirabel du Service d’Astrophysique du CEA-Irfu.
A partir de modèles théoriques et d'observations sur la formation et l’évolution des étoiles primitives, les scientifiques concluent qu’une fraction non négligeable d’entre elles peut conduire à la formation de couples composés d’une étoile massive et d’un trou noir. Dans un tel système, la matière attirée par l’astre compact produit un très intense flux de rayons X et de particules relativistes (microquasars). Particules et photons vont alors ioniser le milieu ambiant et ce sur de grandes distances (pourvu que le milieu ne soit pas trop dense ce qui est la cas ici). En effet leur énergie permet de ioniser une quantité d’atomes bien supérieure à celle soumise au rayonnement UV des étoiles, irradiant ainsi de manière efficace le milieu intergalactique. Les calculs montrent que la densité de ces systèmes est suffisante pour contribuer de manière significative à la phase de ré-ionisation. Une autre conséquence importante du scénario proposé est que ces systèmes binaires sont également un ingrédient majeur du réchauffement du milieu intergalactique.
Les trous noirs stellaires s’affirment ainsi comme des éléments incontournables pour expliquer les premières phases de l’Univers.
Publication:
« Stellar black holes at the dawn of the universe »
I.F. Mirabel(1), M. Dijkstra(2,3), P. Laurent(1), A. Loeb(2) and J.R. Pritchard(2)
(1) CEA-Saclay, (2) Université de Harvard, USA, (3) Institut Max-Planck, Allemagne
A paraître dans la revue Astronomy and Astrophysics, (fichier format pdf, 180 Ko)
Lire également (en anglais) : « A smoother end to the dark ages » paru dans la rubrique News and Views de la revue Nature, 7 avril 2011 (format pdf, 950 Ko)
Contact:
Felix Mirabel
