Little red dots

Historique

  • détectés dès les premières images de JWST
  • surnommés universe-breakers :
  • 80% sont des trous noirs (AGN)
  • 400 connus
  • première image de JWST 11/07/2022
  • le 13/07 les données ont été distribuées
  • le 25/07 sort déjà un premier article, qui parle de 6 galaxies impossibles
  • c'est la précipitation : ces galaxies étaient moins massives, moins distantes que prévues. Tout le monde s'est jeté sur les données pour être le premier.
  • 816 articles depuis 2022 sur le sujet
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modèle de formation des galaxies

les lrd sont l'incarnation de la réponse " comment naissent les galaxies" : elles naissent toutes petites
mais qui vient en premier la galaxie, l'étoile, le trou noir ?
limite sur l'observation au redhift 15 (300MA environ) au-delà, on ne voit rien

Des universe-breakers

Si ce sont des galaxies aussi compactes aussi lumineuses, aussi grosses (plus massives que la voie lactée) alors elles contredisent le modèle.
D'une manière générale l'univers est plus mature que prévu à cette époque : galaxies plus abondantes que prévu

Le fait d'être, outre la distance, peut venir de la poussière qu'elle abrite mais dans le cas des lrd elles sont trop rouges (même pour leur distance)

Des trous noirs supermassifs qui naissent de manière spontanée dans l'histoire de l'univers ?

Caractéristiques

  • forme de leur spectre en V (bcp d'UV et d'IR)
  • compacte : 150-500 AL de rayon
  • datent de 600-1,500MA After BIG BANG (ABB) : ils disparaissent ensuite. Pourquoi ? Hyp : elles sont les noyaux des galaxies
  • masse du trou noir énorme
  • pas de poussière
  • certains n'ont pas de trous noirs/AGN
  • entourés, tel un cocon, d’un gaz ionisé, riche en électrons.

Les hypothèses

  • des AGN :
  • black hole star
  • étoiles de population III
  • direct collapse black hol

AGN

Permet d'expliquer les raies d'émission larges : signature que ce n'est pas une étoile mais d'un trou noir de plusieurs millions de Masses solaires
Halpha par exemple a une forme de double gaussienne : plus le gaz tourne vite autour du trou noir, plus la raie s'étale

Un saut de balmer dans le spectre => populations de vieilles étoiles
https://en.wikipedia.org/wiki/Balmer_jump

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09900-4 :
élargissement de la raie expliqué via la lumière émise par les étoiles rebondit sur les électrons présents dans le gaz très dense. cela implique une réduction de la taille du trou noir.

"quasi étoile" => black hole star

Hypothèse évoqué pour expliquer un LRD nommé "The Cliff"
lorsque la matière s'approche d'un trou noir, elle émet dans les rayons X
les LRD n'émettent pas de X Donc il doit y avoir un gaz d'hydrogène dense qui intercepte les X : on voit donc la surface d'une boule de gaz qui rayonne, une quasi étoile, avec en son centre, un trou noir.

direct collapse black hole

trous noirs formés sans partir de l'effondrement d'étoiles

Ex : Abell 2744-QSO1
pas de métaux donc pas d'étoiles ayant évolué, peut-être créé juste après le BB et aggrègerait la matière
https://en.wikipedia.org/wiki/Abell_2744-QSO1

Les trous noirs seraient les noyaux des galaxies, pas des tueurs des galaxies.

Autre émission avec Marta Volonteri et David Elbaz

Cee trou noir soleil pèserait de 10 000 à 100 000 masses solaires, soit tout juste la limite pour rentrer dans la catégorie des trous noirs supermassifs. C’est l’étude de son spectre qui permet de postuler qu’elle est cachée derrière un cocon d’étoile. Quelle est la véritable nature de cet objet ? Serait-ce un mirage ? Une mauvaise interprétation de signaux très lointains ? Ou bien un miracle - et la caractéristique centrale des little red dots, ces petits points rouges qui pullulent dans l’Univers jeune ?

Abstract de l'étude citée dans l'émission (arXiv-2601.20929v2).
The central engines of Little Red Dots (LRDs) may be “black hole stars” (BHs), early stages of
black hole growth characterized by dense gas envelopes. So far, the most direct evidence for BH
s
comes from a handful of sources where the host galaxy is completely outshone as suggested by their
remarkably steep Balmer breaks. Here we present a novel scheme to disentangle BHs from their
host galaxies assuming that the [O III]5008Å line arises exclusively from the host. Using a sample
of 98 LRDs (z ≈ 2 − 9) with high quality NIRSpec/PRISM spectra, we demonstrate that the host-
subtracted median stack displays a Balmer break > 2× stronger than massive quiescent galaxies,
with the rest-optical continuum resembling a blackbody-like SED (Teff ≈ 4050 K, log(Lbol ) ≈ 43.9
erg s−1 , Reff ≈ 1300 au). We measure a steep Balmer decrement (Hα/Hβ > 10) and numerous
density-sensitive features (e.g., Fe II, He I, O I). These are hallmark signatures of dense gas envelopes,
providing population-level evidence that BH
s indeed power LRDs. In the median LRD, BHs account
for ∼ 20% of the UV emission, ∼ 50% at the Balmer break, and ∼ 90% at wavelengths longer
than Hα with the remainder arising from the host. BH
s preferentially reside in low-mass galaxies
(M⋆ ≈ 108 M⊙ ) undergoing recent starbursts, as evidenced by extreme emission line EWs (e.g.,
[O III]5008Å≈ 1100Å, C III]≈ 12Å), thereby favoring BH origins linked to star-formation. We show
V-shaped LRD selections are biased to high BH
/host fractions (≳ 60% at 5500Å) – less dominant
BHs may be powering JWST’s blue broad-line AGN. We find BHs are so commonplace and transient
(duty cycle ∼ 1%, lifetime ∼ 10 Myrs) that every massive black hole may have once shone as a BH*.