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50 ans d’énigme des quasars : un portrait de 3C 273 par Hubble

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Il y a 50 ans cette année, les astronomes Schmidt et Oke annonçaient que la curieuse source radio découverte par Allan Sandage n'était pas une étoile mais un objet complètement inédit. Extraordinairement lumineux dans le visible et situé à des milliards d'années-lumière de la Voie lactée, le quasar 3C 273 a depuis été observé plusieurs fois par Hubble.

Une des meilleures images dans le visible prise par Hubble du quasar 3C 273. En haut à gauche, on voit une portion d’un jet de matière qu'il émet. Elle est longue de 200.000 années-lumière. © Nasa, Esa

En 1963, Maarten Schmidt et John Beverly Oke publiaient dans le journal Nature les résultats des observations qu'ils avaient réalisées en utilisant notamment la technique des occultations. Ils cherchaient à déterminer la contrepartie optique d'une source radio puissante découverte quelques années auparavant par un autre astronome, Allan Sandage. La source avait été baptisée 3C 273, ce qui veut dire qu'elle était le 273e objet du troisième catalogue de Cambridge recensant les sources radio.

L'article de Schmidt et Oke fut un coup de tonnerre dans le ciel de l'astrophysique et de la cosmologie. L'analyse spectrale de l'astre qu'ils avaient identifié dans le visible dans la constellation de la Vierge révélait des lignes d'émission de l'hydrogène fortement décalées vers le rouge. Cela signifiait que ce qui apparaissait comme une étoile se situait en dehors de la Voie lactée, mais surtout à une distance cosmologique. Pour être observable d'aussi loin, l'objet devait être d'une luminosité prodigieuse.

L'astronome américain Allan Sandage (1926-2010) en 1982. Il a été le premier à obtenir une valeur correcte de la constante de Hubble, et est célèbre pour sa découverte du premier quasar, 3C 273, en 1959. © Douglas Carr Cunningham

Le quasar 3C 273, une preuve de la théorie du Big Bang

Cette découverte d'une quasi-stellar radio source, un quasar selon la dénomination proposée en 1964 par l'astrophysicien d'origine chinoise Hong-Yee Chiu, démontrait que l'univers était différent dans le passé, et donc évoluait. Ceci n'était pas possible dans le cadre du modèle cosmologique standard de l'époque, selon lequel, bien qu'en expansion, l'univers devait apparaître inchangé pour tous ses observateurs, quelle que soit leur position dans le temps. En revanche, l'existence de 3C 273 était en parfait accord avec la théorie du Big Bang, puisque celle-ci prévoyait que si l'on observait des objets à des distances suffisamment grandes, on remontait de plus en plus loin dans le passé et l'histoire d'un univers en évolution. Il était donc normal d'observer à des milliards d'années-lumière un univers dont l'aspect diffère de celui qu'il avait il y a seulement quelques dizaines de millions d'années, donc dans l'environnement proche de la Voie lactée.

On sait aujourd'hui que le quasar 3C 273 est situé à 2,44 milliards d'années-lumière à l'intérieur d'une galaxie elliptique géante. Comme les autres quasars, il s'agit très probablement d'un trou noir supermassif accrétant de la matière. Mais peut-être s'agit-il aussi d'un trou de ver. Les observations de RadioAstron pourraient nous apporter des surprises dans quelques années. Mais si nous sommes bien en présence d'un trou noir, alors on estime qu'il contient 887 millions de masses solaires.

En tout état de cause, 3C 273 est le quasar le plus brillant sur la voûte céleste. S'il se trouvait à 30 années-lumière, c'est-à-dire en gros sept fois la distance de notre étoile à Alpha du Centaure, il apparaîtrait aussi brillant que le Soleil.

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