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En vidéo : le secret des blazars

ActualitéClassé sous :Astronomie , trou noir supermassifs , Quasar

Une nouvelle preuve de l'existence de trous noirs supermassifs au cœur des noyaux actifs de galaxies vient d'être apportée par une étude patiente et à haute résolution par le Very Long Baseline Array (VLBA). Cette puissante technique d'interférométrie en ondes radio a permis aux astrophysiciens de plonger à l'intérieur du jet de particules chargées produit par un blazar. La théorie colle parfaitement aux observations...

Une image d'une simulation de blazar. Crédit : Marscher et al., Wolfgang Steffen, Cosmovision, NRAO/AUI/NSF

La découverte des quasars au début des années 1960 a non seulement marqué le retour sur le devant de la scène de la relativité générale mais elle a aussi constitué le début de la fin pour le modèle de la cosmologie stationnaire de Hoyle et Bondi. Dès lors, l'astrophysique relativiste allait se développer rapidement et puissamment sous l'impulsion de géants comme Chandrasekhar et Zeldovitch.

Pour expliquer la formidable énergie rayonnée par des objets se trouvant dans un volume dont le diamètre devait être inférieur à une année-lumière, il fallait faire intervenir des astres générant un champ de gravitation relevant du domaine de la relativité générale d'Einstein.

Une simulation d'un blazar avec son jet de particules, son disque d'accrétion (en jaune/bleu) et son tore de poussières (en rouge). Remarquez qu'en réalité le flot de particules s'éloignant du trou noir central est irrégulier, avec des paquets de matière. Crédit : Wolfgang Steffen,Cosmovision

Selon la théorie proposée en 1977 par Blandford et Znajek, les quasars devaient tirer leur fantastique énergie des processus d’accrétion et de magnétohydrodynamique relativiste produits par un trou noir de Kerr en rotation et dont la masse devait dépasser le million de masses solaires. Les puissants jets de particules observés seraient ainsi alignés avec l’axe de rotation du trou noir. En tordant des lignes de champs magnétiques générées par un effet dynamo, cette rotation serait responsable des processus d’accélération et d’expulsion des particules présentes dans le jet. Mais comment en être sûr ?


Une vue en coupe du disque d'accrétion et du jet du blazar. Les particules accélérées suivent les lignes de champs tordues et spiralent tout en s'éloignant du trou noir central dont le rayon de Schwarzschild est indiqué par la valeur RS. En arrivant juste avant une zone turbulente et dans une autre où il se produit une focalisation du faisceau de particules, une onde de choc se produit responsable d'une brusque émission de rayonnements à différentes longueurs d'ondes. Il y a donc deux bouffées observables. Crédit : Nature

Un réseau de radiotélescopes pour guetter l'onde choc

La théorie prédit naturellement que l'enroulement des lignes de champs magnétiques par la rotation du trou noir implique un mouvement hélicoïdal pour les particules accélérées se déplaçant le long du jet. De plus, le rayonnement produit à différentes longueurs d'ondes sera plus intense parallèlement au jet et surtout, passé certaines distances en s'éloignant du trou noir central le long du jet, une onde de choc doit se produire créant de brusques émissions dans le visible, mais aussi en rayons X et gamma.

Alan Marscher, un astrophysicien de l'Université de Boston, a alors entrepris avec ses collègues d'observer BL Lacertae, une galaxie possédant un noyau actif et servant de référence pour définir ce qu'on appelle des objets BL Lac. Situé à 950 millions d'années-lumière de la Terre, cet objet est un blazar, c'est-à-dire un quasar produisant des jets de particules dont l'un est orienté en direction de notre Galaxie.

En utilisant le réseau de radiotélescopes connu sous le nom de VLBA, les chercheurs ont pu suivre en détail le mouvement d'un paquet de particules éjecté par le trou noir central de BL Lacertae, émettant en ondes radios. Parallèlement, d'autres télescopes capables d'observer les émissions en optique, rayons X et gamma furent mobilisés pendant plusieurs années pour observer les rayonnements en provenance du jet du blazar. Lorsque le paquet de matière est arrivé exactement à la distance où la théorie prédisait que devaient se produire de brusques bouffées de rayonnements en gamma, X et visible, les astrophysiciens ont constaté que leurs calculs collaient parfaitement à la réalité.

Il ne s'agit pas seulement d'un succès théorique renforçant considérablement la confiance en la théorie des trous noirs comme source d'énergie des quasars, il s'agit aussi d'un impressionnant succès du point de vue des observations car l'on a ainsi réussi à suivre de façon fine les détails des processus au cœur d'un jet de quasars.

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