La scène, vue par l'Observatoire européen austral (ESO), se déroule alors que l'Univers n'avait même pas un milliard d'années, soit 10% de son âge actuel (13,8 milliards d'années): six galaxies sont piégées dans des filaments cosmiques semblables à une toile d'araignée, happés par un gigantesque trou noir d'un milliard de masses solaires, tapi au cœur de la structure.
Ces tout premiers trous noirs, qui seraient nés de l'effondrement des premières étoiles, sont «l'un des objets astronomiques les plus difficiles à comprendre», commente Marco Mignoli, de l'Institut d'astrophysique de Bologne (Italie), auteur principal de l'étude parue dans la revue Astronomy & Astrophysics.
«Avant, on pensait qu'ils étaient petits et qu'ils croissaient au fil du temps, sur 13 milliards d'années. Mais le fait d'en trouver aussi tôt dans l'histoire de l'Univers montre qu'ils ont évolué beaucoup plus rapidement», explique à l'AFP l'astrophysicienne Françoise Combes, du laboratoire LERMA de l'Observatoire de Paris-PSL.
Beaucoup de questions en suspens
Comment cette croissance si rapide est-elle possible ? L'étude suggère que l'immense toile de filaments et les galaxies qui s'y amassent contiennent suffisamment de gaz pour fournir le «carburant» dont le trou noir a besoin: en dévorant le gaz des filaments de la galaxie principale - celle qui en possède le plus - au cœur de laquelle il se loge, il se transforme en géant cosmique en accéléré.
«Aux débuts de l'Univers, il y avait beaucoup plus de gaz et une densité bien plus forte qu'aujourd'hui», décrit Françoise Combes, médaillée d'or 2020 du CNRS. C'est dans ces régions «surdenses», les filaments, où tout se passait plus vite, qu'ont pu se former de tels objets.
Avec l'expansion de l'Univers, le gaz s'est écarté, les filaments se sont dilués. La Voie lactée se trouve dans une région bien moins dense, que la chercheuse compare «à la campagne» - son trou noir central ne fait «que» quatre millions de masses solaires - par rapport aux «grosses agglomérations» que sont les amas de galaxies.
C'est grâce au Très grand télescope de l'ESO au Chili (VLT) et son instrument MUSE que ces galaxies, parmi les plus difficilement repérables, ont pu être observées.
«Nous pensons n'avoir vu que la partie émergée de l'iceberg, et que ces quelques galaxies découvertes autour du trou noir ne sont que les plus brillantes», conclut Barbara Balmaverde, co-auteur de l'étude.
