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D'où vient l'énergie des quasars ?

Dossier - Quasar : l'énigme des quasars
DossierClassé sous :Astronomie , Quasar , Galaxie

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
 

Une première question se pose à propos des quasars : quel mécanisme fournit autant d'énergie dans un volume aussi petit, au centre même de certaines galaxies ? Est-ce le chauffage des atomes ?

Une allumette brille lorsque ses atomes de phosphore sont excités par frottement. Il faudrait disposer de beaucoup d'allumettes, probablement des milliards de milliards de milliards de milliards de milliards, voire davantage, pour libérer une énergie équivalente à celle qui fait briller les quasars ! Et comment mettrions-nous ce phosphore dans un volume aussi petit ?

Les trous noirs sont-ils la clé de l'énigme de l'énergie des quasars ? © Nasa/CXC/M. Weiss

L'énergie des quasars

Plus efficace que nos allumettes, l'énergie nucléaire est la source que les étoiles empruntent pour briller leur vie durant. Comme toutes les étoiles du ciel, le Soleil est une véritable usine nucléaire, destinée à fonctionner pendant des milliards d'années. Chaque seconde, il transforme 700 millions de tonnes d'hydrogène en noyaux d'hélium.

Malheureusement, si le Soleil satisfait nos besoins, il faut reconnaître que ce mécanisme ne suffirait pas pour alimenter un quasar, car, lors de ce processus, moins de 1 % de la matière en jeu est transformé en rayonnement : sur 1 kg d'hydrogène, seuls 7 g se manifestent sous forme d'énergie lumineuse.

En un an, un quasar désintègre l'équivalent de 10 fois le Soleil. Si le phénomène dure 100 millions d'années, un milliard de masses solaires doivent ainsi disparaître en lumière. Un si petit rendement signifierait que le quasar aurait absorbé pendant ce laps de temps 100 milliards de soleils ou l'équivalent de toute la Voie lactée, le tout, répétons-le, étant compacté dans un tout petit volume, ce qui reste difficilement crédible.

L'énergie de gravitation transformée au bénéfice de l'énergie cinétique

Peut-on trouver plus efficace ? Eh bien oui : il existe un mécanisme plus efficace encore, et dont les effets nous sont familiers, car ils sont dus à la gravitation, cette force qui nous tient assis sur notre fauteuil et provoque l'accélération de la descente du parachutiste lorsqu'il est en chute libre... Dans ce cas, l'énergie de gravitation est transformée au bénéfice de l'énergie cinétique.

Cette méthode de récupération de l'énergie est souveraine et on la trouve à l'œuvre quand certaines étoiles, appelées « étoiles à neutrons », cannibalisent leurs voisines. Nous allons voir que le candidat rêvé pour résoudre l'énigme des quasars est bien plus vorace encore que les étoiles à neutrons : c'est le trou noir.