Un quasar surpris au moment où il donne naissance à une galaxie

Publié par Michel le 02/12/2009 à 00:00
Source: CNRS / INSU
Illustrations: Voir légendes
La majeure partie des grandes galaxies de l'Univers possède un trou noir supermassif en leur centre. Mais qui vient en premier ? Le trou noir ou la galaxie qui l'héberge ? Grâce aux observations menées avec la caméra VISIR (1) installée sur le Very Large Telescope (Le Very Large Telescope (VLT) est un ensemble de 4 télescopes principaux et 4 auxiliaires...) de l'ESO, une équipe internationale (2) vient de proposer un nouveau scénario: les trous noirs pourraient "construire" la galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec...) qui les héberge. Ce résultat est publié dans Astronomy and Astrophysics du 30 novembre 2009.

" La question de savoir qui vient en premier de l'œuf et de la poule (Poule est un nom vernaculaire ambigu en français. Une « poule » est une...), de la galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de...) ou de son trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense...) central, est l'une des plus débattues en astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...) actuellement", estime l'auteur principal de la publication, David Elbaz, du Laboratoire d'astrophysique des interactions multi-échelles (unité mixte CEA/CNRS/Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) 7). "Notre étude suggère que les trous noirs supermassifs peuvent provoquer de véritables flambées de formation d'étoiles, voire la naissance de galaxies entières. Ce lien permettrait en outre de comprendre pourquoi les galaxies abritant les trous noirs les plus massifs sont aussi celles qui ont le plus d'étoiles".

C'est en observant attentivement un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) très particulier, le quasar (En astronomie, un quasar (pour source de rayonnement quasi-stellaire, quasi-stellar en anglais) est...) HE0450-2958 qui est à 5 milliards d'années-lumière de nous, que les équipes sont parvenues à ces conclusions. A ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...), aucune galaxie hôte n'a été détectée autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de ce quasar (3), aussi l'a-t-on surnommé "le quasar nu". Pensant que la galaxie hôte pouvait se cacher derrière une grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de poussières, les astrophysiciens ont utilisé la caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil...) en infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde...) moyen VISIR, qui équipe le VLT de l'ESO. Ce qu'ils ont observé est finalement bien éloigné de l'hypothèse initiale, mais bien plus surprenant: aucun nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en...) de poussière n'a pu être détecté. En revanche, ils ont découvert que la galaxie la plus proche du quasar produisait des étoiles à un rythme effréné.


Image de la région du quasar HE0450-2958 située à environ 3,2 milliards d'année-lumière de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...).
A gauche, l'image en lumière visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre...) obtenue par la caméra ACS du télescope spatial Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en...) ne révèle
aucune trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le...) de galaxie autour du quasar mais une galaxie compagnon très proche.
A droite, les contours, délimitant l'intensité de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) infrarouge (à 8.9 microns)
mesurée par la caméra VISIR au foyer du télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant...) VLT (Chili), sont superposés sur l'image visible.
L'émission infrarouge importante de la galaxie compagnon, située dans la direction du jet du quasar,
est le signe d'une formation d'étoiles importante induite par le quasar.
Crédit: © CEA/SAp

Alors qu'aucune trace d'étoiles n'apparaît dans le voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la...) immédiat du quasar, cette galaxie "compagnon" est extrêmement riche en étoiles très jeunes et lumineuses: au sein de celle-ci, les étoiles se forment à un taux de près de 350 masses solaires par an, soit à un rythme cent fois supérieur à celui que l'on trouve dans une galaxie typique de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) local.

Les astrophysiciens ont en outre mis en évidence un pont (Un pont est une construction qui permet de franchir une dépression ou un obstacle (cours...) de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) entre le quasar et sa galaxie compagnon: la matière semble s'écouler depuis le trou noir (Le Trou noir (The Black Hole) est un film de science-fiction réalisé par Gary Nelson,...) du quasar vers cette dernière à très grande vitesse (On distingue :) (4). L'injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) à très grande énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) de cette matière dans la galaxie suggère que c'est le quasar lui-même qui provoque cette flambée de formation d'étoiles. Dans un tel scénario, la galaxie aurait évolué à partir d'un nuage de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) heurté par le jet énergétique émergeant du quasar.


Dessin d'artiste représentant l'émission de jets depuis le quasar
et l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) de l'un de ces jets avec le "nuage moléculaire (En astronomie, les nuages moléculaires sont des nébuleuses interstellaires qui ont une densité...)".
Crédit: © ESO/L. Calçada.

"Le "quasar nu" et sa galaxie compagnon sont destinés à fusionner dans le futur", explique David Elbaz: "le quasar ne se déplace qu'à une dizaine de milliers de km/heure par rapport à la galaxie et les deux objets ne sont séparés que par 22 000 années-lumière. Que le quasar soit "nu" ou non, il finira bien par être vêtu quand il fusionnera avec la galaxie compagnon dont il aura largement contribué à former les étoiles".

Ces observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) permettent de modifier la compréhension de ce type de système et d'élaborer un nouveau paradigme. Peut-être tient-on là le chaînon manquant permettant de comprendre pourquoi la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) des trous noirs est plus grande dans les galaxies qui contiennent le plus grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'étoiles(5).

Mais d'où vient la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) du moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) qui nourrit le trou noir supermassif (En astrophysique, un trou noir supermassif est un trou noir dont la masse est d'environ un million...) ? L'équipe a exploré une explication nouvelle qui demandera confirmation: le trou noir pourrait être alimenté en matière par des filaments de gaz intergalactiques.

Désormais les astrophysiciens vont s'atteler à chercher des objets similaires dans d'autres systèmes. Les générations futures d'instruments comme le James Webb Space Telescope, de la NASA/ESA, auquel participe le CEA-Irfu et des équipes INSU-CNRS, ou encore l'interféromètre international millimétrique/submillimétrique ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) et l'E-ELT (European Extremely Large Telescope, ESO) dans lesquels de nombreuses équipes INSU-CNRS sont impliqués, permettront d'étudier de tels objets beaucoup plus éloignés et avec beaucoup plus de précision , afin de révéler le lien qui pourrait exister entre la formation des trous noirs (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense...) supermassifs et la formation des galaxies dans l'Univers lointain.

Notes:

[1] La caméra VISIR a été réalisée par le CEA/Irfu (Institut de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) sur les lois fondamentales de l'Univers), le Katpten Institute (Pays-Bas), ASTRON (Pays-Bas) et l'ESO.

[2] Font partie de cette équipe:
D. Elbaz, E. Pantin, Laboratoire d'astrophysique des interactions multi-échelles, (CEA/DSM-CNRS-Université Paris Diderot);
K. Jahnke, Max-Planck-Institut für Astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer...), Allemagne;
D. Le Borgne, Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) d'Astrophysique de Paris, (CNRS, Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) Pierre et Marie Curie);
G. Letawe, Institut d'Astrophysique et Géophysique, Université de Liège (L’Université de Liège est une université de Belgique située à...), Belgique.

[3] Le terme "Quasar" pour "Quasi-star" (appelés aussi "QSO" pour "Quasi-Stellar Objects") désigne un noyau de galaxie formé par un trou noir supermassif.

[4] Cette partie d'étude repose des observations obtenues avec VISIR, des spectres provenant de l'instrument FORS du VLT, des images du télescope spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le...) de la NASA/ESA et des observations radio avec l'Australia Telescope National Facility (ATCA).

[5] La plupart des galaxies de l'Univers local contiennent en leurs centres un trou noir supermassif ayant une masse à peu près égale au 700e de la masse de son bulbe (Un bulbe est une pousse souterraine verticale disposant de feuilles modifiées utilisées...) stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la...). L'origine de cette relation entre masse de trou noir et masse d'étoiles représente un sujets très débattus en astrophysique aujourd'hui.
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