Galaxie active - Définition
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Introduction
En astronomie, une galaxie active est une galaxie abritant un Noyau Actif de Galaxie ou NAG (l'abréviation AGN est aussi utilisée pour le terme anglais de Active Galactic Nucleus). Ce noyau est une région compacte située au centre de la galaxie qui est beaucoup plus lumineuse que la normale dans une partie ou dans l'ensemble du spectre électromagnétique (ondes radio, infrarouge, lumière visible, ultraviolet, rayons X, et/ou rayons gamma). On pense que les radiations du NAG sont le résultat de l'accrétion autour du trou noir supermassif situé au centre de la galaxie. Les NAG sont les sources de radiations électromagnétiques les plus lumineuses de l'univers, et sont parfois utilisées comme moyens de détection d'objets distants. D'autre part leur évolution en fonction du temps cosmique créée aussi des contraintes aux modèles cosmologiques.
Modèles de NAG
Durant longtemps, on avait avancé que les NAG devaient être alimentés par l'accrétion autour de trous noirs massifs (allant de 106 à 1010 masses solaires). Les NAG sont à la fois compact et extrêmement lumineux sur de longues périodes : l'accrétion peut potentiellement provoquer une conversion efficace d'énergie potentielle et cinétique ; le trous noirs massifs ont une haute limite d'Eddington, ce qui peut expliquer le côté durable d'une telle luminosité chez le noyau. On pense que les trous noirs supermassifs n'existent pas systématiquement au centre d'une galaxie massive : la masse d'un trou noir est en corrélation étroite avec la vitesse de dispersion ou la luminosité du bulbe galactique. Ainsi, les caractéristiques des NAG sont observées chaque fois qu'une certaine quantité de matière approche la sphère d'influence du trou noir central.
Disque d'accrétion
Dans le modèle standard de NAG, des matériaux froids situés près du trou noir central forment un disque d'accrétion. Le spectre attendu pour le disque d'accrétion d'un trou noir supermassif présente un pic dans l'ultraviolet et la lumière visible ; en outre, une couronne de matériaux chauds se forme au-dessus du disque d'accrétion et peut provoquer une diffusion Compton inverse supérieure aux énergie des rayons X. Les radiations provenant du disque d'accrétion excitent les matériaux atomiques froids proches du trou noir. Une grande partie de la production primaire d'un NAG peut être obscurcie par de la poussière ou du gaz proches du disque d'accrétion. Ceux-ci absorbent alors le rayonnement et le ré-émettent sous d'autres longueurs d'onde, le plus souvent sous forme d'infrarouge.
Jets
Certains disques d'accrétion produisent des jets, un paires de « faisceaux » de matière extrêmement rapides qui émergent près du disque (la direction du jet peut être déterminée soit grâce au moment angulaire de l'axe du disque, soit grâce à l'axe de rotation du trou noir). Les mécanismes de production d'un jet et sa composition sur de petites échelles sont encore mal connues, car les observations ne peuvent pas distinguer les variations entre les différents modèles théoriques. Ils sont visibles surtout dans le domaine des ondes radio, l'interférométrie à très longue base peut donc être utilisée afin d'étudier les radiations qu'ils émettent sur des distances inférieures au parsec. Cependant, ils sont visibles sur toutes les longueurs d'onde, allant des ondes radio aux rayons gamma grâce notamment à la diffusion Compton inverse. Ainsi, les NAG produisant des jets ont une seconde source (potentielle) d'émissions continues.
NAG radiativement inefficaces
Finalement, il est important de garder à l'esprit qu'il existe une catégorie « radiativement inefficace » de solutions aux équations concernant l'accrétion. La plus connue d'entre elles est l'accrétion dominée par un flux d'advection, mais d'autres existent. Dans ce type d'accrétion, la matière subissant l'accrétion ne forme pas un disque fin et, par conséquent, ne propulse pas l'énergie qu'elle a acquise en se déplaçant près du trou noir au loin. L'existence de ce type d'accrétion pourrait expliquer le manque de puissance des radiations émises par le trou noir supermassif situé au centre de certaines galaxies elliptiques. Sinon, on pourrait s'attendre à ce que les taux élevés d'accrétion correspondent à de fortes luminosités. Les NAG radiativement inefficaces pourraient aussi expliquer le manque de beaucoup d'autres caractéristiques sur certains NAG munis d'un disque d'accrétion.
