Une loi physique vieille de 50 ans vole en éclats : les trous noirs nous auraient-ils menti ?

Quand les certitudes cosmiques s’effondrent

On aime penser que les lois de la physique sont immuables, gravées dans le marbre de l’univers, n’est-ce pas ? Eh bien, il semblerait que l’univers ait décidé de nous jouer un tour. Des astronomes du monde entier viennent de mettre le doigt sur quelque chose d’assez troublant qui suggère que la matière entourant les trous noirs supermassifs n’a pas toujours été ce qu’elle est aujourd’hui. C’est une découverte majeure, vraiment.

Si ces résultats se confirment, cette étude menée par l’Observatoire national d’Athènes et publiée tout récemment, ce 14 décembre 2025, dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, pourrait bien renverser une hypothèse clé qui façonne notre compréhension des trous noirs depuis près d’un demi-siècle. Rien que ça. Il s’avère que la relation entre la lumière émise par les quasars a changé au fil du temps cosmique, laissant entendre que la structure autour de ces monstres gravitationnels n’est peut-être pas aussi universelle qu’on le croyait.

La mécanique céleste des Quasars et cette vieille connexion lumineuse

Pour bien comprendre le séisme que cela représente, il faut revenir aux bases. Les quasars, qu’on a identifiés pour la première fois dans les années 60, sont parmi les objets les plus lumineux jamais observés. Leur éclat extraordinaire provient de trous noirs supermassifs qui attirent la matière voisine avec une force gravitationnelle dantesque. À mesure que cette matière tombe vers l’intérieur, elle forme un disque en rotation rapide qui finit par nourrir le trou noir. C’est un peu comme un siphon cosmique géant.

Ce disque chauffe à des températures extrêmes car les particules s’entrechoquent et se frottent les unes aux autres en orbitant autour du trou noir. Ce processus libère une quantité d’énergie tout bonnement stupéfiante, produisant entre 100 et 1 000 fois plus de lumière qu’une galaxie entière composée d’environ 100 milliards d’étoiles. Je ne sais pas si vous réalisez l’ampleur du truc… Le rayonnement ultraviolet qui en résulte est si puissant que nos télescopes peuvent détecter ces quasars à des distances immenses, presque aux confins de l’univers observable.

Depuis longtemps, on pense que la lumière ultraviolette du disque sert de carburant à une lumière encore plus énergétique produite par les quasars : les rayons X. En voyageant dans l’espace, les rayons UV interceptent des nuages de particules très énergétiques tout près du trou noir, une structure qu’on appelle la « couronne ». En rebondissant sur ces particules, les rayons UV gagnent en énergie et génèrent cette lumière intense en rayons X que nos détecteurs repèrent. C’est une corrélation découverte il y a près de 50 ans : une lumière UV plus brillante signifie généralement une intensité de rayons X plus forte. C’était, jusqu’à présent, une sorte de règle d’or pour comprendre la géométrie de la matière proche des trous noirs.

Le coup de théâtre : l’univers n’a pas toujours fonctionné ainsi

Mais voilà, la nouvelle recherche ajoute un rebondissement inattendu. Elle remet en question l’universalité de cette corrélation. En gros, cette hypothèse fondamentale impliquait que la structure de la matière autour des trous noirs était similaire partout dans l’univers. Or, l’étude montre que lorsque l’univers était plus jeune — environ la moitié de son âge actuel — le lien entre les rayons X et la lumière ultraviolette des quasars était significativement différent de ce qu’on observe dans l’univers proche.

Cela suggère que les processus physiques liant le disque d’accrétion et la couronne autour des trous noirs supermassifs ont probablement changé au cours des derniers 6,5 milliards d’années d’histoire cosmique. C’est fou quand on y pense, non ? Le Dr Antonis Georgakakis, l’un des auteurs de l’étude, ne cache pas sa surprise : « Confirmer une relation rayons X-ultraviolets non universelle avec le temps cosmique est tout à fait surprenant et remet en question notre compréhension de la croissance et du rayonnement des trous noirs supermassifs », a-t-il déclaré. Il ajoute même, avec une certaine insistance : « Nous avons testé le résultat en utilisant différentes approches, mais il semble persister. »

Une méthode inédite et des implications vertigineuses

Pour arriver à ces conclusions, l’étude combine de nouvelles observations rayons X du télescope eROSITA et des données d’archives de l’observatoire XMM-Newton de l’Agence spatiale européenne. Cela a permis d’explorer la relation entre l’intensité des rayons X et de la lumière ultraviolette sur un échantillon de quasars d’une taille sans précédent. La couverture large et uniforme d’eROSITA s’est avérée décisive.

Pourquoi est-ce si important ? Parce que l’universalité de la relation UV-rayons X soutient certaines méthodes qui utilisent les quasars comme des « chandelles standard » pour mesurer la géométrie de l’univers et, in fine, sonder la nature de la matière noire et de l’énergie noire. Ce nouveau résultat incite donc à la prudence : l’hypothèse d’une structure de trou noir immuable à travers le temps cosmique doit être rigoureusement réexaminée.

Maria Chira, chercheuse postdoctorale à l’Observatoire national d’Athènes et auteure principale de l’article, explique : « L’avancée clé ici est méthodologique. Le relevé eROSITA est vaste mais relativement peu profond… En combinant ces données dans un cadre statistique bayésien robuste, nous avons pu découvrir des tendances subtiles qui seraient restées cachées autrement. »

L’ensemble complet des balayages du ciel d’eROSITA permettra bientôt de sonder des quasars encore plus faibles et lointains. Pour les plus curieux d’entre vous qui voudraient creuser le sujet, l’étude s’intitule « Revisiting the X-ray-to-UV relation of quasars in the era of all-sky surveys », signée par Maria Chira, Antonis Georgakakis, Angel Ruiz, Shi-Jiang Chen, Johannes Buchner, Amy L Rankine, Elias Kammoun, Catarina Aydar, Mara Salvato, Andrea Merloni et Mirko Krumpe (DOI: 10.1093/mnras/staf1905). C’est une lecture ardue, je vous préviens, mais passionnante pour comprendre comment ces objets lumineux évoluent avec le temps.

Ce contenu a été créé avec l’aide de l’IA.