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Première observation d'un système triple de quasars

ActualitéClassé sous :Univers , Quasar , Galaxie

C'est la conclusion surprenante à laquelle est arrivée une équipe d'astronomes du California Institute of Technology et de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne en observant trois quasars distants de 10,5 milliards d'années-lumière.

Comparaison de l'apparence d'un quasar avec une galaxie et une étoile
Triple quasars observés par les astronomes de l'ESO

«Les quasars sont des objets plutôt rares dans l'Univers » affirme l'astrophysicien George Djorgovski du fameux Caltech et directeur de l'équipe responsable de la découverte. « En observer deux associés est déjà improbable s'ils sont distribués de façon aléatoire, mais trois...cela ne s'est jamais vu ! » .

Originellement découverts sous forme de sources d'ondes radios, l'observation de leur contrepartie en optique, par Maarten Schmidt, avait stupéfié le monde de l'astronomie. Ils apparaissaient comme de simples étoiles, mais avec un décalage spectral vers le rouge élevé, impliquant une distance de plusieurs milliards d'années-lumière. Au passage, ceci explique que Quasar est l'acronyme de QUAsi Stellar Astronomical Radiosource, aujourd'hui on parle plutôt de QSO pour Quasi Stellar Object.

Or, pour paraître aussi lumineux, la quantité d'énergie libérée devait être gigantesque. Qu'on en juge, cela correspond en général à plusieurs milliers de fois la luminosité d'une galaxie contenant des centaines de milliards d'étoiles ! Comment produire cette énergie quand on sait, de plus, que la source doit se trouver dans un volume de l'ordre de celui du système solaire ?

Il semble n'y avoir qu'une seule possibilité, un trou noir de Kerr en rotation dépassant le million de masses solaires et accrétant du gaz provenant, par exemple, de la disruption d'étoiles par les forces de marée. L'énergie cinétique de rotation du trou noir et celle, gravitationnelle, du gaz chutant vers lui seraient alors converties en rayonnement par un mécanisme de MHD relativiste connu sous le nom de mécanisme de Blandford-Znajek.

Mais revenons aux observations. Le quasar LBQS 1429-008 avait été découvert en 1989 dans la constellation de la Vierge par une équipe internationale d'astronomes dirigée par Paul Hewett, du célèbre  Institute of Astronomy de Cambridge en Angleterre. A l'époque, ils avaient aussi observé un autre quasar associé et l'avaient interprété comme un effet de lentille gravitationnelle dédoublant l'image du précédent. Ce phénomène avait été prédit par Albert Einstein dans les années 30 avant d'être observé pour la première fois en 1979. Toutefois d'autres groupes pensaient plutôt y voir là un système binaire de quasars, d'où la reprise des études en utilisant, cette fois-ci, le Very Large Telescope de l'ESO au Chili et le W.M. Keck Observatory au sommet du Mauna Kea à Hawai.

Ce que l'équipe américano-suisse a trouvé, c'est qu'il y avait un troisième quasar associé aux deux précédents, mais beaucoup plus faiblement lumineux. La surprise est venue de la mesure du décalage spectral vers le rouge de ce troisième objet... le même que les deux autres ! La conclusion s'imposait, tous les trois sont à la même distance de nous.

Les astrophysiciens ont alors tenté plusieurs modélisations théoriques pour obtenir les trois images à partir d'effets de lentilles gravitationnelles, en vain. « Nous ne pouvions tout simplement pas reproduire les observations » déclare Frédéric Courbin de l'école polytechnique de Lausanne ? « Il est impossible de reproduire le phénomène à partir des modèles de lentilles les plus raisonnables » ajoute-t-il. Une conclusion renforcée par l'absence de galaxies auxquelles on pourrait imputer un effet de lentille et l'existence de différences faibles, mais significatives, dans le spectre de chacune des trois images de quasars.

« Il ne nous reste plus qu'une seule possibilité, c'est un quasar triple » affirme Georges Meylan aussi de Lausanne. Les distances séparant ces quasars sont alors de 100 000 à 150 000 années-lumière, à peu près la taille de notre Galaxie, la Voie Lactée. « On pense généralement que la source d'énergie des Quasars provient de la chute de gaz sur un trou noir supermassif » explique Djorgovski « C'est ce qui arrive quand deux galaxies entrent en collision et même fusionnent. Or nous observons ce système triple au moment de l'histoire de l'Univers où le taux de collisions était à son maximum ».

Si les interactions entre galaxies sont bien à l'origine de l'activité des quasars, alors, avoir deux quasars proches l'un de l'autre devrait effectivement être plus probable que s'ils étaient répartis de façon complètement aléatoire sur la sphère céleste. Cela expliquerait pourquoi plusieurs groupes ont rapporté un taux apparemment anormal de quasars doubles. Ce qui fait dire à Ashish Mahabal du Caltech «Dans ce cas, nous avons la chance de prendre sur le fait trois galaxies en train d'interagir, un événement rare ».

La multiplication des découvertes de tels systèmes devrait permettre aux astrophysiciens de mieux comprendre, non seulement la formation et l'évolution des galaxies, mais aussi celles des trous noirs supermassifs dans leur bulbe.

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