Quasar

Les quasars sont les objets les plus lumineux et les plus énergétiques de l'Univers. Ce sont des noyaux galactiques actifs extrêmement lointains, alimentés par des trous noirs supermassifs. Leur lumière peut voyager des milliards d'années avant de nous parvenir.

Introduction

Le terme 'quasar' est la contraction de 'quasi-stellar radio source' (source radio quasi-stellaire). Découverts dans les années 1950-60, ces points lumineux semblaient d'abord être des étoiles ordinaires dans notre galaxie. Cependant, leur analyse spectrale révéla un décalage vers le rouge (redshift) phénoménal, indiquant qu'ils se situaient à des distances cosmologiques inimaginables, et qu'ils émettaient une énergie surpassant celle de centaines de galaxies entières. Les quasars sont aujourd'hui compris comme la phase hyperactive et juvénile de certaines galaxies, où un trou noir supermassif central dévore la matière environnante.

Description

Un quasar est le noyau extrêmement lumineux d'une galaxie lointaine, dit 'galaxie active'. Son moteur est un trou noir supermassif, dont la masse peut atteindre plusieurs milliards de fois celle du Soleil. Ce trou noir est entouré d'un disque d'accrétion, une structure en forme de beignet composée de gaz, de poussière et d'étoiles déchiquetées par les forces de marée gravitationnelles. La matière, en spiralant vers le trou noir, s'échauffe à des températures de plusieurs millions de degrés, émettant un rayonnement intense sur tout le spectre électromagnétique, des ondes radio aux rayons X et gamma. Une partie de la matière n'est pas avalée mais est canalisée et expulsée à des vitesses proches de celle de la lumière sous forme de puissants jets de plasma, perpendiculairement au disque d'accrétion. Ces jets peuvent s'étendre sur des centaines de milliers d'années-lumière.

Histoire

L'histoire des quasars commence avec les premières observations radio dans les années 1950. Des astronomes comme Cyril Hazard et John Bolton identifièrent des sources radio ponctuelles sans contrepartie optique évidente. En 1963, l'astronome néerlandais Maarten Schmidt fit la percée décisive en étudiant l'objet 3C 273. Il déchiffra son spectre, découvrant des raies d'émission fortement décalées vers le rouge. Ce décalage signifiait que 3C 273 n'était pas une étoile proche, mais un objet se déplaçant à une vitesse folle, situé à plus de 2 milliards d'années-lumière. L'énergie nécessaire pour être visible à une telle distance était stupéfiante. La nature exacte des quasars fut débattue pendant des décennies (certains évoquant même des phénomènes locaux) jusqu'à ce que le consensus se forme autour du modèle du trou noir supermassif accrétant de la matière, théorisé dans les années 1970.

Caracteristiques

Les quasars présentent des caractéristiques extraordinaires : 1) **Luminosité** : Ils peuvent être des milliers de fois plus lumineux qu'une galaxie comme la Voie Lactée, émettant l'équivalent de 10^40 watts. 2) **Variabilité** : Leur luminosité peut fluctuer sur des échelles de temps allant de quelques heures à quelques années, ce qui implique que la région centrale émettant cette lumière est très compacte (de la taille de notre système solaire). 3) **Distance et Redshift** : Ils sont observés à des distances correspondant à un âge jeune de l'Univers, souvent plus de 10 milliards d'années-lumière. Leur redshift élevé en fait des sondes de l'Univers primordial. 4) **Spectre** : Leur spectre montre des raies d'émission larges et étroites, produites par le gaz en mouvement rapide et plus lent autour du trou noir. 5) **Jets relativistes** : Beaucoup émettent des jets collimatés de particules chargées, visibles principalement en radio, qui interagissent avec le milieu intergalactique.

Importance

Les quasars sont d'une importance capitale en astrophysique et en cosmologie. D'abord, ils sont des laboratoires uniques pour étudier la physique des conditions extrêmes : gravitation forte, dynamique des plasmas et processus d'accrétion. Ensuite, leur lumière, traversant l'Univers, agit comme une sonde. En analysant les raies d'absorption dans leur spectre (provenant de nuages de gaz intergalactique), les astronomes cartographient la structure à grande échelle du cosmos et étudient l'évolution de la matière ordinaire et des éléments lourds. Leur présence dans l'Univers jeune indique que des trous noirs supermassifs se sont formés et ont grandi très rapidement après le Big Bang, posant un défi aux théories de formation galactique. Enfin, les quasars 'éteints' que nous observons dans les galaxies proches, comme celle d'Andromède ou la nôtre, confirment que la phase de quasar est une étape transitoire mais probablement universelle dans l'évolution des grandes galaxies.

Anecdotes

Le premier identifié

3C 273, le premier quasar identifié en 1963, reste l'un des plus brillants et des plus étudiés. Il est si lumineux qu'il est visible avec un télescope amateur de taille moyenne, bien qu'il soit à environ 2.4 milliards d'années-lumière. Son jet est clairement visible sur les images du télescope spatial Hubble.

Des moteurs à l'efficacité redoutable

Le processus d'accrétion d'un quasar est incroyablement efficace pour convertir la masse en énergie. Alors que la fusion nucléaire dans les étoiles convertit environ 0.7% de la masse en énergie (E=mc²), un trou noir en accrétion peut convertir jusqu'à 10-40% de la masse tombante en rayonnement, le rendant de loin le moteur le plus puissant de l'Univers.

Des phares cosmiques

Le quasar ULAS J1342+0928, découvert en 2017, est l'objet le plus lointain et le plus ancien connu à ce jour. Son lumière a été émise seulement 690 millions d'années après le Big Bang. La présence d'un trou noir supermassif d'un milliard de masses solaires à une époque aussi reculée est un mystère majeur pour les cosmologistes.

Un quasar dans notre jardin ?

Notre propre galaxie, la Voie Lactée, abrite un trou noir supermassif, Sagittarius A*. Il est aujourd'hui très calme, mais des observations suggèrent qu'il a connu des épisodes d'activité de type quasar il y a plusieurs millions d'années. Des bulles de Fermi, structures géantes de gaz chaud au-dessus et au-dessous du centre galactique, pourraient en être les fossiles.

Sources

  • NASA - What is a Quasar?
  • ESA/Hubble - Quasars
  • Scientific American - The Discovery of Quasars
  • Annual Review of Astronomy and Astrophysics - 'Quasars and Their Host Galaxies'
  • The Astrophysical Journal - Key research papers on quasar physics
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