Quasar - Définition

Introduction

Vue d'artiste du quasar GB1508

Une « source de rayonnement quasi-stellaire » (quasar), (quasi-stellar radio source en anglais) est une galaxie lointaine et très énergétique avec un noyau galactique actif. Ce sont les objets les plus lumineux de l'univers.

Bien qu'il y ait d'abord eu une certaine controverse sur la nature de ces objets jusqu'au début des années 1980, il existe maintenant un consensus scientifique selon lequel un quasar est la région compacte entourant un trou noir supermassif au centre d'une galaxie massive. Leur taille est de 10 à 10,000 fois le rayon de Schwarzschild du trou noir. Leur source d'énergie provient du disque d'accrétion entourant le trou noir.

Avec les télescopes optiques, la plupart des quasars ressemblent à de petits points lumineux, bien que certains soient vus comme étant les centres de galaxies actives (couramment connus sous l'abréviation AGN, pour Active Galaxy Nucleus). La majorité des quasars sont beaucoup trop éloignés pour être vus avec de petits télescopes, mais 3C 273, avec une magnitude apparente (ou relative) de 12,9, est une exception. À une distance de 2,44 milliards années-lumière, c’est un des seuls objets lointains observables avec un équipement d’amateur.

Certains quasars montrent de rapides changements de luminosité, ce qui implique qu’ils sont assez petits (un objet ne peut pas changer plus vite que le temps qu’il faut à la lumière pour voyager d’un bout à l'autre ; voir l'article sur le quasar J1819+3845 pour une autre explication). Actuellement, le quasar le plus lointain observé se situe à 13 milliards d'années-lumière de la terre .

On pense que les quasars gagnent en puissance par l’accrétion de matière autour des trous noirs supermassifs qui se trouvent dans le noyau de ces galaxies, faisant des « versions lumineuses » de ces objets connus comme étant des galaxies actives. Aucun autre mécanisme ne parait capable d’expliquer l’immense énergie libérée et leur rapide variabilité.

La connaissance des quasars avance rapidement. Dans les années 1980, il n’y avait aucun consensus sur leur origine.

Structure

Un quasar est composé de trois parties principales :

• Le trou noir supermassif comporte la quasi totalité de la masse du quasar (de quelques millions à quelques dizaines de milliards de fois la masse du Soleil). Il est également le centre du quasar.
• Le disque d'accrétion est le disque formé par la matière qui tombe dans le trou noir. La force de friction engendrée par le frottement des gaz dans le disque génère une forte chaleur.
• Les jets de gaz qui sont expulsés du disque d'accrétion par les lignes de champs magnétique du trou noir à une vitesse proche de celle de la lumière.

Génération d'émission

Cette photo, prise en lumière infrarouge, est une image en fausse couleurs d’un « tandem quasar-supernova », avec la plus lumineuse des explosions jamais observées dans ce type de combinaison. Ce couple fut découvert par une équipe de chercheurs venant de six institutions différentes.

Comme les quasars montrent des propriétés communes à toutes les galaxies actives, beaucoup de scientifiques ont comparé les émissions des quasars et celles des petites galaxies actives due à leur similarité. La meilleure explication pour les quasars est qu’ils deviennent puissants grâce aux trous noirs supermassifs. Pour créer une luminosité de 10⁴⁰ W (la brillance typique d'un quasar), un trou noir supermassif devrait consumer la matière équivalente de 10 étoiles par an. Les quasars les plus brillants sont connus pour dévorer 1 000 masses solaires de matière par an. Les quasars sont connus pour s’allumer ou s’éteindre selon leur environnement. Une des implications est qu’un quasar ne pourrait, par exemple, continuer de se nourrir à ce rythme pendant 10 milliards d'années. Ce qui explique plutôt bien pourquoi il n’y a aucun quasar près de nous. Dans ce cas de figure, lorsqu’un quasar a terminé d’avaler du gaz et de la poussière, il devient une galaxie ordinaire.

Les quasars fournissent également des indices quant à la fin de la réionisation du Big Bang. Les plus vieux quasars (z > 4) montrent qu'une onde Gunn-Peterson et des régions d’absorption devant eux, indiquant que l’espace intergalactique était fait de gaz neutre, à ce moment-là. Des quasars plus récents montrent qu’ils n’ont aucune région d’absorption mais plutôt des spectres contenant une zone avec un pic connu sous le nom de forêt Lyman-α. Cela indique que l’espace intergalactique a subi une réionisation dans le plasma, et que le gaz neutre existe seulement sous la forme de petits nuages.

Une autre caractéristique intéressante des quasars est qu’ils montrent des traces d’éléments plus lourds que l’hélium. Cela indique que ces galaxies ont subi une importante phase de formation d’étoiles créant une population III d'étoile, entre l’époque du Big Bang et l’observation des premiers quasars. La lumière de ces étoiles a pu être observée grâce au télescope spatial Spitzer de la NASA (quoique fin 2005, cette interprétation demande encore à être confirmée).