Découvrez Nāpōwawāʻenakaulua, un couple de quasars datant des débuts de l’Univers

Née à peine 900 millions d’années après le Big Bang, la paire de quasars Nāpōwawāʻenakaulua est la plus ancienne paire compacte connue. Elle a été repérée grâce au télescope spatial James Webb et au télescope Gemini North, et les astrophysiciens ne comprennent pas comment elle a pu voir le jour.

On l’appelle Nāpōwawāʻenakaulua, ou encore J1602+4228AB. C’est un couple de quasars découvert au fin fond de l’Univers et qui fait l’objet d’une étude parue dans la revue The Astrophysical Journal Letters, le 10 novembre 2026. Il s’agit de deux trous noirs supermassifs extrêmement lumineux, qui ont vu le jour environ 900 millions d’années après le Big Bang, soit à l’aube de l’Univers.

Ce nom hawaïen vient du programme A Hua He Inoa, porté par le centre d’astronomie ʻImiloa et le collège de langue hawaïenne de l’université d’Hawaï. Il se traduit par « deux corps célestes d’une obscurité puissante et insondable, dans l’éclat de la chaleur, réincarnant l’énergie dans l’Univers ». Il fait écho à Pōwehi, le premier trou noir photographié en 2019, et à Pōniuāʻena, le quasar le plus lointain connu au moment de sa découverte en 2020.

Si ces deux astres passionnent à ce point les astrophysiciens, c’est parce que leur existence même va à l’encontre des modèles sur la formation de l’Univers. Pour commencer, le couple est très rapproché, il s’agit de la paire de quasars la plus compacte jamais vue aussi loin dans l’Univers. Ces astres extrêmement énergétiques, qui sont les objets les plus brillants connus à travers le cosmos, devraient souvent aller par paires selon les astronomes, mais il est rare de parvenir à les identifier, encore moins aussi loin.

Deux monstres très proches l’un de l’autre

Ici, les auteurs de l’étude, qui font partie d’une large coopération internationale, se sont servis du télescope Gemini North, situé à Hawaï, ainsi que du télescope spatial James Webb. La paire est d’abord apparue dans les données d’Aether, un programme du JWST dirigé par Emanuele Paolo Farina (NOIRLab), qui a observé 200 quasars, soit 43 % de tous ceux connus à cette époque de l’histoire cosmique. En examinant ces données, l’équipe a repéré un compagnon au quasar J1602+4228A. Le spectrographe infrarouge de Gemini North a ensuite permis de distinguer nettement les deux objets.

Il fallait d’abord tomber sur ces trous noirs supermassifs au moment où ils « se nourrissent » à une cadence telle qu’ils se mettent à briller, ce qui en fait des quasars. Cette phase est relativement courte dans la vie d’un trou noir. Il fallait ensuite distinguer deux objets aussi lointains et aussi proches l’un de l’autre, alors que J1602+4228B est très peu lumineux. Depuis le sol, l’observation aurait dû être quasiment impossible, mais un ciel exceptionnellement pur au-dessus du Maunakea a permis à l’équipe de récolter les données en deux nuits seulement.

En effet, la paire formée par J1602+4228A et J1602+4228B est espacée de seulement 18 100 années-lumière, ce qui représente tout juste un cinquième du diamètre de notre Voie lactée. C’est très peu à l’échelle cosmique, et c’est justement ce qui rend les deux objets si difficiles à distinguer l’un de l’autre.

L’un des deux objets a une masse de 1,5 milliard de masses solaires, et l’autre « à peine » 400 millions. Pour comparaison, Sagittarius A*, le trou noir au centre de notre galaxie, pèse environ 4 millions de masses solaires. Le plus gros des deux est donc plus de 300 fois plus massif.

Mystère dans l’Univers lointain

Les modèles ne parviennent pas à totalement expliquer comment des astres aussi massifs ont pu se former aussi tôt dans l’histoire de l’Univers, alors que les premières galaxies et trous noirs venaient juste de voir le jour. Ici, les trous noirs supermassifs ont une masse comparable à celle des trous noirs observés dans l’Univers actuel. Ces derniers ont pourtant eu des milliards d’années pour accréter de la matière, voire fusionner à plusieurs reprises, avant d’atteindre une telle taille.

Or Nāpōwawāʻenakaulua est observé moins d’un milliard d’années après le Big Bang, et les astrophysiciens ne comprennent pas comment ses deux trous noirs ont pu grossir si vite.

Silvia Onorato, chercheuse postdoctorale au NOIRLab qui a dirigé l’étude, le reconnaît dans un communiqué : « Il n’y a pas d’explication théorique définitive à l’existence d’un seul de ces quasars géants aussi tôt dans l’histoire de l’Univers. A fortiori s’il y en a deux. Nous avons observé Nāpōwawāʻenakaulua à une époque où l’Univers n’avait qu’un treizième de son âge actuel et, étonnamment, ses trous noirs supermassifs sont aussi massifs que ceux que l’on voit aujourd’hui. »

D’après les auteurs, l’existence de ces mastodontes pourrait donner des informations sur l’état de l’Univers aussi tôt dans son existence. L’équipe y voit le signe d’une région où la matière était exceptionnellement concentrée, et où les interactions entre galaxies auraient nourri en même temps la formation d’étoiles et la croissance rapide des trous noirs. Mais les données sur cette époque lointaine sont encore assez peu nombreuses, ce qui rend difficile la construction de modèles solides.

La découverte de Nāpōwawāʻenakaulua pourrait donc être une bonne base pour mieux comprendre cet environnement si lointain et la manière dont la matière interagissait dans un Univers qui ne ressemblait pas du tout à celui que nous connaissons aujourd’hui.

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