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Quand les quasars ont été découverts au début des années 1960, ils apparaissaient comme particulièrement paradoxaux. Ils ressemblaient à une étoile, mais comme ils étaient situés à des milliards d'années-lumière, cette étoile devait être bien plus brillante qu'une galaxie entière et il ne s'agissait clairement pas d'une explosion de supernova qui aurait été nécessairement transitoire.
On sait aujourd'hui que les quasars sont des trous noirs supermassifs en rotation, contenant de un million à plusieurs milliards de masses solaires, sur lesquels des courants massifs de matière tombent, donnant un disque d'accrétion très chaud et des jets de particules se déplaçant à une fraction notable de la vitesse de la lumière.
On comprend mieux pourquoi les trous noirs supermassifs sont des tueurs de galaxies !
On sait depuis longtemps qu’il existe une relation de proportionnalité entre la masse d’un trou noir supermassif et celle de la galaxie qui l’héberge. Si cette relation implique un processus de co-croissance, toutefois on ne comprend pas encore aussi bien qu’on le voudrait en quoi il consiste. Pour la première fois, une équipe d’astrophysiciens fournit les premières preuves concrètes et directes d’un lien plus spécifique entre la masse des trous noirs centraux des galaxies et cette fois-ci la teneur en gaz d'hydrogène atomique froid de leurs galaxies hôtes, suggérant l’influence des trous noirs centraux sur la croissance et l’extinction de leurs galaxies hôtes, en régulant l’accrétion de gaz froid dans les galaxies.... Lire la suite
Nous savons aussi que les populations de quasars évoluent dans le temps, il y en avait beaucoup plus, quelques milliards d'années après le Big Bang, qu'aujourd'hui.
Des trous noirs géants qui coévoluent avec les galaxies
On sait également qu'en vertu d'une loi de proportionnalité entre la masse de ces trous noirs et celle des galaxies qui les hébergent en leur cœur, les deux objets doivent croître de pair. Enfin, on soupçonne que les vents de matière qui accompagnent aussi les phénomènes d'accrétion de matière peuvent expulser les nuages de gaz dans les galaxies, rendant dès lors quasi impossible la formation de nouvelles étoiles.
Mais on ne comprend pas encore très bien ces processus de coévolution des trous noirs géants et des galaxies, de sorte que les astrophysiciens sondent des strates de lumière ancienne pour tenter d'y voir plus clair.
Jean-Pierre Luminet, directeur de recherche au CNRS et Françoise Combes, professeur au Collège de France, nous parlent des trous noirs. © Fondation Hugot du Collège de France
On en voit un nouvel exemple avec un article publié dans Nature Astronomy, mais dont une version existe en accès libre sur arXiv. La publication est accompagnée d'un communiqué du mythique MIT, qui explique que les chercheurs ont fait une découverte concernant un objet vu tel qu'il était environ 850 millions d'années après le Big Bang, observé dans l'infrarouge à plusieurs reprises au cours des années 2000.
En analysant les données collectées par la mission Neowise (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer) de la Nasa qui a balayé l'ensemble du ciel pendant environ 14 ans, les chercheurs ont finalement détecté des variations de luminosité concernant un quasar.
Un quasar aussi brillant que 12 milliards de soleils
Dans le communiqué du MIT, Gene Leung, chercheur postdoctoral à l'Institut Kavli d'astrophysique et de recherche spatiale du MIT, explique : « Bien que de nombreux quasars aient été découverts à l'aube de l'Univers, c'est la première fois que nous observons le scintillement de l'un d'eux. On sait depuis longtemps que les quasars de l'Univers proche peuvent scintiller. Ce scintillement provient des fluctuations de l'alimentation en gaz du trou noir. Et la manière dont un quasar scintille nous renseigne sur la structure du disque d'accrétion du trou noir. Nous avons observé le quasar scintiller de manière aléatoire pendant 14 ans, un peu comme la flamme d'une bougie qui vacille sans motif fixe. »
Un trou noir ultramassif record de 36 milliards de masses solaires aurait été détecté !
Les trous noirs ont acquis leurs lettres de noblesse en science, puis dans la science-fiction au cours des années 1970. Presque 50 ans plus tard, ils fascinent toujours et ont gardé bien des secrets. On peut les détecter de différentes façons et c'est par hasard que l'on vient d'en découvrir un qui fait partie des candidats au titre de trou noir le plus lourd connu. On pourrait même dire qu'il s'agit d'un trou noir ultramassif !... Lire la suite
Le communiqué explique aussi que le quasar était aussi brillant que 12 milliards de soleils et que son scintillement variait d'environ 20 %, soit une fluctuation de sa luminosité équivalente à environ 2 milliards de soleils.
De l'analyse de ces fluctuations, il a été possible d'en déduire que le disque d'accrétion entourant le trou noir supermassif central était étonnamment fin et plat.
Or, c'est une structure que les astronomes observent généralement autour de trous noirs plus anciens et plus proches, qui ont eu beaucoup plus de temps pour se stabiliser et mûrir, ce qui fait dire à Anna-Christina Eilers, professeure adjointe de physique au MIT : « Ceci apporte la preuve directe que les mêmes processus d'alimentation et les mêmes structures observés dans l'univers proche étaient déjà en place à des époques très reculées, malgré des environnements cosmiques très différents, ce qui n'avait jamais été observé auparavant. Je pense que cela suggère que toutes les phases de croissance chaotiques et ultrarapides que l'on s'attend à voir passer par tous les trous noirs se produisent très tôt, avant même qu'ils n'apparaissent sous la forme de quasars extrêmement lumineux. Sans trous noirs supermassifs, aucune galaxie n'aurait l'apparence qu'on lui connaît aujourd'hui. Les trous noirs jouent un rôle majeur dans la structuration des écosystèmes galactiques ».
L’origine du trou noir géant au centre de la Voie lactée révélée par de nouvelles découvertes !
Il y a environ 11 milliards d'années une petite galaxie serait entrée en collision avec la Voie lactée. D'après les données de l'Event Horizon Telescope, cette collision aurait injecté dans notre Galaxie un trou noir supermassif qui serait entré en collision quelques milliards d'années plus tard avec celui qui existait déjà au cœur de celle-ci.... Lire la suite
Le saviez-vous ?
Il y a environ 60 ans, la technique des occultations a permis de déterminer la contrepartie dans le visible de ce qui n'était alors qu'une étonnante source radio puissante, 3C 273. Lorsque Maarten Schmidt, un astronome néerlandais, a ensuite fait l’analyse spectrale de la lumière de l’astre toujours dans le visible, il découvrit avec stupéfaction des lignes d’émissions de l’hydrogène fortement décalées vers le rouge. Or, 3C 273 apparaissait dans le visible comme une étoile, alors que ce résultat impliquait qu’il se situât en dehors de la Voie lactée à une distance cosmologique. Pour être observable d’aussi loin, l’objet devait donc être d’une luminosité prodigieuse. D’autres quasi-stellars radio sources, des quasars selon la dénomination proposée en 1964 par l’astrophysicien d’origine chinoise Hong-Yee Chiu, n’allaient pas tarder à être découverts. On en connaît aujourd’hui plus de 200 000.
Les astrophysiciens ont très tôt cherché à comprendre la nature de ces astres qui, bien que libérant d’énormes quantités d’énergie, semblaient être de petite taille. On a d’abord pensé qu’il pouvait s’agir d’énormes étoiles dominées par les effets de la relativité générale, notamment responsables du décalage spectral, avant d’envisager assez rapidement qu’il pouvait s’agir de trous noirs supermassifs accrétant d’importantes quantités de gaz. Dans le bestiaire des astres relativistes que l’on commençait à explorer sérieusement pendant les années 1960, certains, comme le Russe Igor Novikov et l'Israélien Yuval Ne'eman, ont même proposé que les quasars soient en fait des trous blancs. C’est-à-dire, soit des régions de l’Univers dont l’expansion au moment du Big Bang avait été retardée (hypothèse des lagging core), soit l’autre extrémité de trous de ver éjectant la matière qu’ils avaient absorbée sous forme de trous noirs dans une autre partie du cosmos, voire dans un autre Univers.
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