Ceci est une illustration d'une galaxie éloignée avec un quasar actif en son centre. Un quasar émet des quantités d'énergie exceptionnellement importantes générées par un trou noir supermassif alimenté par l'accrétion de matière. © Nasa, ESA et J. Olmsted (STScI)
Sciences

Hubble observe un gigantesque tsunami d'énergie produit par un quasar

ActualitéClassé sous :Quasar , trou noir supermassif , Active Galactic Nuclei

Hubble a permis d'estimer la vitesse et surtout la puissance des vents de matière soufflés par le rayonnement des quasars. Ces trous noirs supermassifs sont bel et bien en mesure d'affecter, tels des tsunamis, la matière interstellaire à l'échelle des galaxies.

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Comme l'explique Jean-Pierre Luminet dans la vidéo ci-dessous, c'est à partir de 1963 lorsque Maarten Schmidt, un astronome néerlandais, a fait l'analyse spectrale d'un astre, la contrepartie dans le visible d'une source radio puissante nommée 3C 273, que l'on a fait la découverte des quasi-stellar radio sources, des quasars selon la dénomination proposée en 1964 par l'astrophysicien d'origine chinoise Hong-Yee Chiu. 3C 273 se présentait comme une étoile mais elle se trouvait à plus de 2,4 milliards d'années-lumière de la Voie lactée, ce qui veut dire que pour être observable à une telle distance proprement cosmologique, elle devait être d'une luminosité absolument prodigieuse, dépassant les 5 millions de millions de fois celle du Soleil, ou présenté d'une autre façon était équivalente à celle de 1.000 fois les centaines de milliards d'étoiles de notre Voie lactée !

Toujours comme l'explique Jean-Pierre Luminet, nous savons que ces quasars sont des exemples de ce que l'on appelle des noyaux actifs de galaxies, (Active Galactic Nuclei ou AGN, en anglais) qui ne sont pas forcément aussi lumineux que les quasars. Et nous avons toutes les raisons de penser que leur prodigieuse énergie provient de l'accrétion de la matière par des trous noirs supermassifs de Kerr en rotation, pouvant contenir des milliards de masses solaires comme M87*, récemment imagé par les membres de la collaboration Event Horizon Telescope.

Aujourd'hui, une série de six publications, également accessible sur arXiv, fait état de mesures stupéfiantes concernant ces quasars et qui ont été obtenues grâce au télescope Hubble et à sa capacité de voir dans l'ultraviolet. Les astrophysiciens ont ainsi découvert des débits les plus énergétiques jamais vus dans l'Univers observable et parlent même, à leur sujet, de véritables tsunamis cosmiques.

Dans cet extrait de la plateforme TV-Web-cinéma « Du Big Bang au Vivant », qui couvre des découvertes dans le domaine de l'astrophysique et de la cosmologie, Jean-Pierre Luminet nous parle des quasars. © Jean-Pierre Luminet

Les chercheurs ont mesuré via l'effet Doppler les vitesses des vents de matière produites par la pression du rayonnement des quasars sur le gaz interstellaire dans des galaxies. On connaît cet effet, bien plus modeste, produit par une partie du vent solaire sur la queue des comètes dans le Système solaire. Mais ici, le souffle des quasars accélère de la matière à quelques pourcents de la vitesse de la lumière !

Des centaines de masses solaires de gaz éjectés chaque année

L'astrophysicien Nahum Arav de Virginia Tech à Blacksburg, en Virginie (États-Unis) explique de plus que « Les vents poussent des centaines de masses solaires de matériaux chaque année. La quantité d'énergie mécanique que ces flux transportent est jusqu'à plusieurs centaines de fois supérieure à la luminosité de toute la Voie lactée » et le chercheur d'ajouter dans un communiqué de la Nasa : « Aucun autre phénomène ne transporte plus d'énergie mécanique. Au cours d'une durée de vie de 10 millions d'années, ces éjections de matière produisent un million de fois plus d'énergie qu'un sursaut gamma ».

Cette découverte ne fait que confirmer ce dont on se doutait depuis un moment. En effet, le souffle des quasars peut être tel que non seulement il bloque sa propre alimentation en gaz, très probablement sous la forme des filaments froids que l'on commence à voir, mais il peut aussi vider une galaxie du gaz qui lui sert à former de nouvelles étoiles. Cela contribue à jeter de la lumière sur la relation de coévolution que l'on constate avec la proportionnalité entre la masse d'une galaxie et celle du trou noir supermassif qu'elle abrite, et explique aussi pourquoi bien des galaxies ont cessé de former des étoiles en quelques milliards d'années seulement, faute de matière pour cela. Hubble montre en effet que le rayonnement des quasars pousse le gaz et la poussière interstellaire à des distances bien plus grandes que ce que les astrophysiciens pensaient auparavant, tout simplement à l'échelle d'une galaxie. Le souffle des supernovae n'est donc pas le seul mécanisme capable de « tuer » une galaxie en la vidant de son gaz.

« Les théoriciens et les observateurs savaient depuis des décennies qu'il existe un processus physique qui empêche la formation d'étoiles dans les galaxies massives, mais la nature de ce processus restait un mystère. Mettre les débits observés dans nos simulations résout ces problèmes en suspens de l'évolution galactique », explique l'éminent cosmologiste Jeremiah P. Ostriker de l'université Columbia à New York et également collègue du prix Nobel James Peebles à l'université Princeton dans le New Jersey.
 

  • Les quasars sont des noyaux actifs de galaxies émettant un prodigieux rayonnement causé par l'accrétion de matière sur des trous noirs supermassifs.
  • On pensait que la pression de ce rayonnement était capable de souffler le gaz à l'intérieur d'une galaxie entière, conduisant parfois à l'arrêt de la formation de nouvelles étoiles faute de matière disponible.
  • Hubble vient de mesurer dans l'ultraviolet les vitesses et les débits d'énergie de ces vents qui sont effectivement de véritables tsunamis à l'échelle d'une galaxie, affectant sa croissance et sa structure.
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