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Quasars : taille et luminosité

Dossier - Quasar : l'énigme des quasars
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Les quasars, ces astres extrêmement lumineux et lointains, sont identifiés : nous savons que ce sont des noyaux de galaxies très brillants. Leur nom signifie « quasi étoile ». Ils sont lointains, compacts et pleins d’énergie. Le dévoilement de leur mystère représente une magnifique page dans le livre des découvertes de l’astrophysique.

  
DossiersQuasar : l'énigme des quasars
 

Très peu de temps après la découverte des quasars, les astronomes remarquèrent qu'ils avaient une propriété particulièrement saisissante : leur éclat varie au cours du temps. Or, les variabilités venant d'objets dont on ne perçoit pas les dimensions recèlent une information précise : celle de leur taille. De quoi donner également une idée de leur énergie.

La dimension de la région émettrice doit être inférieure ou égale à la durée caractéristique de variation multipliée par la vitesse de la lumière.

Prenons l'exemple du Soleil : son diamètre est de 1,4 million de kilomètres, ce qui signifie qu'il faut à peu près 5 secondes à la lumière pour le traverser ; et, si d'aventure le Soleil venait à s'éteindre instantanément, nous, Terriens, verrions d'abord s'effacer sa face avant, puis son bord arrière, et la totalité de l'extinction durerait exactement 5 secondes.

Quelle est la taille d'un quasar ? Quelle est son énergie ? sa luminosité ? Ici, différentes formes de quasars. © Wolfram Freudlingn, DP

Quasar : une petite taille et une lumière intense

Le plus souvent, la variabilité des quasars est de quelques pour-cents en quelques mois ou plus, mais elle est parfois beaucoup plus importante : leur éclat peut doubler, parfois même quintupler en l'espace de quelques jours, voire de quelques heures ! Les quasars seraient-ils lunatiques ?

Un quasar changeant d'éclat en un jour a une dimension de l'ordre d'un jour-lumière soit 300.000 km/s multiplié par le nombre de secondes en un jour, c'est-à-dire 3.600 x 24, ce qui donne 26 milliards de kilomètres. Le rayonnement jaillit donc d'une région dont la taille est comparable à celle du Système solaire (Pluton, orbite déjà autour du Soleil à 6 milliards de kilomètres), ce qui est minuscule compte tenu de l'intensité de la lumière émise. C'est là le plus troublant des mystères des quasars : comment une énergie estimée à plus de 1.000 fois celle de notre galaxie peut-elle se dégager d'un si petit volume ?

Pour fixer l'étendue de ce phénomène extraordinaire, supposez que vous soyez dans un avion survolant Paris par une nuit claire. Il y a, dans l'agglomération parisienne, l'équivalent de centaines de millions d'ampoules réparties dans les maisons, les rues ou les véhicules qui y circulent. Imaginez toute cette lumière, et même davantage - cent, mille fois plus encore - émise par un petit cube d'un centimètre de côté. Pourrait-on mettre Paris en bouteille ?

Pratiquant le doute méthodique, certains astronomes se sont interrogés : et si les quasars n'étaient pas à leur distance supposée, mais beaucoup plus proches, et donc beaucoup moins lumineux ? Voilà qui pouvait élégamment résoudre la question de leur énergie. Toutefois, la plupart des astronomes, confiants dans le modèle du Big Bang, choisirent d'adopter la distance indiquée par le décalage de leurs spectres, relevant le défi de faire face au redoutable dilemme de leur source d'énergie.