Deux trous noirs supermassifs en train de se nourrir, séparés par une distance minuscule à l'échelle cosmique, et observés alors que l'Univers n'avait que 900 millions d'années. Voilà ce que décrit une équipe internationale dans The Astrophysical Journal Letters, et ce que les médias spécialisés, dont Space.com, présentent comme la plus ancienne paire de quasars jamais identifiée. Le résultat ne fait pas que battre un record : il met sous tension les modèles qui expliquent comment ces géants ont pu se former si tôt.
Ce qui a été découvert
L'objet porte le matricule J1602+4228AB et un surnom hawaïen, Nāpōwawāʻenakaulua. Selon le communiqué de l'observatoire NSF NOIRLab, il s'agit du plus lointain, et donc du plus ancien, couple compact de quasars connu. Un quasar, rappelons-le, est un trou noir supermassif qui engloutit activement de la matière et qui émet, ce faisant, des quantités phénoménales d'énergie, au point d'éclipser parfois toute la galaxie qui l'héberge.
Les deux astres sont séparés d'environ 18 100 années-lumière, ce qui est inférieur à la distance qui sépare le Soleil du centre de la Voie lactée, située à quelque 26 000 années-lumière. Leurs masses sont estimées à environ 1,5 milliard et 400 millions de fois celle du Soleil. À titre de comparaison, le trou noir central de notre galaxie, Sagittarius A*, pèse environ quatre millions de masses solaires : le plus massif des deux nouveaux venus est donc à peu près 380 fois plus lourd.
La lumière que nous captons aujourd'hui est partie du système environ 900 millions d'années après le Big Bang, durant la période que les astronomes appellent l'aube cosmique, celle de la naissance des premières étoiles, des premières galaxies et des premiers trous noirs. Dans l'article scientifique, le décalage vers le rouge des deux quasars est d'environ 6,08.
Une découverte née d'un grand recensement
Le système a été repéré dans les données de l'Aether survey, un programme de Webb dirigé par Emanuele Paolo Farina, du NOIRLab et de l'observatoire Gemini. Grâce au spectrographe proche infrarouge NIRSpec de Webb, ce relevé a collecté les spectres de 200 quasars, soit 43 % de tous ceux que l'on connaît à cette époque de l'histoire cosmique.
C'est lors de l'inspection visuelle de ces données que l'équipe a remarqué que le quasar J1602+4228A avait un compagnon. La confirmation a ensuite exigé un second regard : le télescope Gemini North, installé sur le Maunakea, à Hawaï, a pu séparer depuis le sol deux sources si rapprochées. Selon le communiqué, c'est la stabilité et la sécheresse de l'air au-dessus du volcan qui ont rendu cette résolution possible. Les premières observations de Webb datent d'avril 2025, et l'article a été publié le 10 novembre 2026.
L'étude est dirigée par Silvia Onorato, chercheuse postdoctorale au NSF NOIRLab. Elle signe une formule qui résume l'étonnement de la communauté : il n'existe pas d'explication théorique définitive pour qu'un seul de ces quasars géants existe si tôt dans l'histoire de l'Univers, a-t-elle déclaré, et encore moins deux. Elle ajoute que, vus alors que l'Univers n'avait que le treizième de son âge actuel, ces trous noirs sont déjà aussi massifs que ceux que nous observons aujourd'hui.
Pourquoi les astronomes parlent d'un casse-tête
Le problème est double. D'abord, la croissance : des trous noirs d'un milliard de masses solaires en moins d'un milliard d'années, cela demande soit des « graines » de départ très massives, soit une alimentation extraordinairement efficace. Webb, en service depuis 2022, découvre d'ailleurs régulièrement des quasars aussi précoces que 400 millions d'années après le Big Bang, ce qui entretient le débat.
Les deux principaux scénarios s'opposent. Selon la NASA, il existe deux grands types de graines, légères et lourdes, avec un continuum de tailles entre les deux. Les graines lourdes se formeraient par effondrement direct d'étoiles des dizaines de milliers de fois plus massives que le Soleil, ou par des collisions en chaîne de millions d'étoiles. Des simulations récentes menées notamment à l'Université de Maynooth, en Irlande, rapportées par Space.com, suggèrent de leur côté que des trous noirs plus modestes peuvent grandir à une vitesse spectaculaire si les conditions s'y prêtent, ce qui rendrait les graines lourdes moins indispensables.
Le second volet du problème est la rareté statistique. Les chercheurs ont comparé la probabilité d'observer une telle paire aux extrapolations des mesures de regroupement des quasars à plus grande échelle. Résultat, selon le résumé de l'étude sur arXiv : un excès de deux à trois ordres de grandeur par rapport aux attentes. Autrement dit, la nature semble produire beaucoup plus de paires serrées que ne le prévoient les modèles, de l'ordre de 100 à 1 000 fois plus, d'après la synthèse du site Martin Cid.
Deux trous noirs, une même source de carburant ?
Une paire de quasars correspond généralement à deux trous noirs actifs situés au voisinage l'un de l'autre, le plus souvent parce que leurs galaxies hôtes interagissent ou fusionnent. Le scénario privilégié ici est celui d'un réservoir de gaz commun, qui alimenterait à la fois la formation d'étoiles et les deux trous noirs, expliquant pourquoi les deux quasars se sont allumés en même temps. Les deux astres sont en outre presque au même rythme : leurs vitesses ne diffèrent que d'environ 15 kilomètres par seconde, selon l'étude citée par J Space News.
Pour les chercheurs, c'est un laboratoire. Une phrase du communiqué le dit bien : ce système permet d'étudier comment les toutes premières galaxies massives et leurs trous noirs centraux se sont assemblés par interactions directes durant cette période reculée.
La prudence reste de mise : le spectre de la lentille gravitationnelle
Il faut toutefois nuancer. Dans l'article, l'équipe parle d'un candidat de paire de quasars, et non d'une certitude absolue. L'hypothèse concurrente est celle d'une lentille gravitationnelle : un objet massif placé entre nous et un quasar unique pourrait en dédoubler l'image, créant l'illusion de deux astres.
Les auteurs jugent ce scénario moins probable. Selon l'article, de subtiles différences dans la cinématique de la raie d'oxygène [O III] les amènent à privilégier une vraie paire physique. Les deux quasars diffèrent aussi par leur degré de rougissement dû à la poussière, ce qu'une lentille ne reproduirait pas facilement. Le site J Space News souligne néanmoins que le NOIRLab reconnaît que la lentille n'est pas encore totalement exclue. L'équipe prépare une étude dynamique du gaz situé entre les deux quasars, ainsi qu'un modèle de lentille bâti à partir d'images d'archives de Hubble.
Un record dans une série
Cette découverte s'inscrit dans une lignée. Un couple de quasars à 3,8 kiloparsecs, observé par Webb à l'époque dite du « midi cosmique » (décalage vers le rouge de 2,17), avait été confirmé dans une fusion de galaxies, ce qui montrait que certains candidats à haut décalage vers le rouge sont bien de vraies paires et non des mirages gravitationnels. Une autre étude avait par ailleurs repéré un noyau actif double à un décalage de 5,4. La nouvelle paire repousse la frontière vers un Univers encore plus jeune.
Elle arrive aussi dans un moment d'intense remise en question. Webb a bousculé plusieurs idées reçues sur les premiers trous noirs, avec des objets compacts et rouges, les fameux « petits points rouges », dont les masses semblent dépasser les relations observées dans l'Univers local. Dans le même temps, la prudence est de mise : une autre équipe a montré cet automne que deux objets pris pour de faibles quasars étaient en réalité des galaxies extrêmement lumineuses alimentées par des flambées de formation d'étoiles.
Ce qui change, et ce qui reste à faire
Ce qui change, c'est la pression sur la théorie. Si de telles paires sont bien plus courantes que prévu à l'aube cosmique, les modèles de formation des galaxies et de croissance des trous noirs devront expliquer à la fois la rapidité de la prise de masse et la fréquence des rapprochements. Si l'hypothèse de la lentille devait au contraire l'emporter, la découverte perdrait son statut de record, mais le quasar resterait un cas d'étude précieux.
Les prochaines étapes sont connues : analyse fine de la dynamique du gaz, modélisation de l'effet de lentille et élargissement de l'Aether survey, conçu pour mesurer, sans présélection des cibles, la démographie des trous noirs, leurs vents ionisés et la présence de compagnons à l'aube cosmique. D'autres paires du même type pourraient bien se cacher dans les 200 spectres déjà recueillis. Les astronomes, eux, ont de quoi être sidérés, mais pas encore de réponse.