quasar

Quasar

Vue d'artiste du quasar GB1508.

En astronomie, un quasar (pour source de rayonnement quasi-stellaire, quasi-stellar en anglais) est une source d'énergie électromagnétique, incluant la lumière. Les quasars visibles de la Terre montrent tous un redshift très élevé. Le consensus scientifique dit qu'un redshift élevé est le résultat de la Loi de Hubble, c'est-à-dire que les quasars sont très éloignés. Pour être observables à cette distance, l'énergie que délivrent les quasars doit se réduire à un phénomène astrophysique connu, mis à part les supernovae et les sursauts gamma (qui ont une vie relativement courte). Ils peuvent délivrer autant d'énergie que des centaines de galaxies combinée. L'énergie lumineuse délivrée est équivalente à 10¹² Soleils.

Avec les télescopes optiques, la plupart des quasars ressemblent à de petits points lumineux, bien que certains soient vu comme étant les centres de galaxies actives. La majorités des quasars sont trop faibles pour êtres vu avec de petits télescopes, mais 3C 273, avec une magnitude apparente de 12,9, est une exception. À une distance de 2,44 milliards d'années-lumière, c'est un des seuls objets lointains observables avec un équipement d'amateur.

Certains quasars montrent de rapides changements de luminosité, ce qui implique qu'ils sont assez petits (un objet ne peut pas changer plus vite que le temps qu'il faut à la lumière pour voyager de l'un vers l'autre ; voir l'article sur le quasar J1819+3845 pour une autre explication). Actuellement (février 2007), le redshift le plus élevé jamais enregistré pour un quasar est 6,4.

On pense que les quasars gagnent en puissance l'accrétion de matière dans les trous noirs supermassifs qui se trouvent dans le noyau des galaxies lointaines, faisant des « versions lumineuses » de ces objets connus comme étant des galaxies actives. Aucun autre mécanisme ne parait capable d'expliquer l'immense énergie délivrée et leur rapide variabilité.

La connaissance des quasars avance rapidement. Dans les années 1980, il n'y avait aucun assentiment général quant à leur origine.

1. Historique

Les premiers quasars furent découverts avec des radiotélescopes, vers la fin des années 50. Beaucoup furent enregistrés comme des sources radio avec aucun objet visible correspondant. En utilisant de petits télescopes et le télescope Lovell comme interféromètre, on a remarqué qu'ils avaient une très petite taille angulaire. Des centaines de ces sujets ont été répertoriés dés 1960 et répertoriés dans le Third Cambridge Catalogue. En 1960, la source radio 3C 48 fut finalement reliée à un objet optique. Les astronomes détectèrent ce qui paraissait être une pâle étoile bleue à l'endroit des sources radios et obtinrent son spectre. Contenant énormément de lignes d'émission inconnues — le spectre irrégulier défiait toute interprétation —, la revendication de John Bolton parlant d'un grand redshift ne fut

En 1932, une percée fut accomplie. Une autre source radio, 3C 273, allait subir cinq occultations par la Lune. Les mesures effectuées par Cyril Hazard et John Bolton durant l'une des occultations, en utilisant le radiotélescope Parkes, permirent à Maarten Schmidt d'identifier l'objet du point de vue optique. Il obtint un spectre optique en utilisant le télescope Hale (5,08 m) sur le Mont Palomar. Ce spectre révéla les mêmes étranges lignes d'émission. Schimdt réalisa que c'étaient les lignes d'hydrogène redshiftées en un taux de 15,8 %. Cette découverte démontra que 3C 273 s'éloignait à la vitesse de 47 000 km/s. Cette découverte révolutionna l'observation des quasars et permit à d'autres astronomes de trouver des redshifts émanant des lignes d'émission et venant d'autres sources radio. Comme Bolton l'avait prédit plus tôt, 3C 48 s'avéra avoir un redshift équivalent à 37 % de la vitesse de la lumière.

Le mot « quasar » fut inventé par l'astrophysicien chinois Hong-Yee Chiu dans la revue Physics Today, pour décrire ces intrigants objets :
« Pour l'instant, le mot plutôt maladroit et indéterminable de « quasi-stellar radio source » est utilisé pour décrire ces objets. Comme la nature de ces objets nous est complètement inconnue, il est difficile de leur donner une nomenclature courte et appropriée, même si leurs propriétés essentielles viennent de leur nom. Par esprit pratique, la forme abrégée « quasar » sera utilisée tout au long de cet article. » — Hong-Yee Chiu, Physics Today, Mai 1964.

Plus tard, on découvrit que tous les quasars (en fait, seulement ~10 %) n'avaient pas de fortes émissions radio. D'ici le nom « QSO » (quasi-stellar object) est utilisé (en plus du mot « quasar ») en référence à ces objets, comprenant la classe des radio-fort et des radio-silencieux.

Le grand sujet de débat dans les années 60 était de savoir si les quasars étaient des objets proches ou lointains comme le suppose leur redshift. On suggéra, par exemple, que le redshift des quasars n'était pas du à l'effet Doppler, mais plutôt à la lumière s'échappant d'un puit gravitationnel profond. Cependant, une étoile avec une masse suffisante pour former un tel puit serait instable. Les quasars montrent également des raies spectrales inhabituelles, qui étaient auparavant visibles sur une nébuleuse chaude de basse densité, qui serait trop diffuse pour générer l'énergie observée et pour accéder au profond puit gravitationnel. Il eut également de sérieux soucis en ce qui concerne l'idée de quasar cosmologiques lointains. Un des principaux arguments en leur défaveur étaient qu'ils impliquaient des énergies qui excédaient les processus de conversion connus, incluant la fusion nucléaire. À ce stade, certains suggérèrent que les quasars étaient faits d'une forme d'antimatière stable inconnue jusqu'ici et qui pouvait passer pour être leur brillance. Cette objection s'effaça avec la proposition d'un mécanisme de disque d'accrétion, dans les années 1970. Et aujourd'hui, la distance cosmologique des quasars est acceptée par la majorité des chercheurs.

En 1979, l'effet de lentille gravitationnelle prédit par la théorie de la relativité générale d'Einstein fut confirmée lors de l'observation des premières images du double quasar 0957+561.

Dans les années 1980, des modèles unifiés furent développés dans lesquels les quasars étaient vus simplement comme une classe de galaxies actives, et un consensus général a émergé : dans beaucoup de cas, c'est seulement l'angle de vue qui les distingue des autres classes, tels que les blazars et les radiogalaxies. L'immense luminosité des quasars serait le résultat d'une friction causée par le gaz et la poussière tombant dans le disque d'accrétion des trous noirs supermassifs, qui peut transformer de l'ordre de 10 % la masse d'un objet en une énergie comparable à 0,7 % pour le p-p du processus de fusion nucléaire et qui domine la production d'énergie dans les étoiles comme le Soleil.

Ce mécanisme explique aussi pourquoi les quasars étaient plus communs lorsqu l'Univers était plus jeune, comme le fait que cette production d'énergie se termine lorsque le trou noir supermassif consume tous les gaz et toutes les poussières se trouvant près de lui. Cela implique la possibilité que la plupart des galaxies, dont notre Voie Lactée, sont passées par un stade actif (apparaissant comme étant des quasars ou une autre classe de galaxie actives dépendant de la masse du trou noir et de son disque d'accrétion) et sont maintenant paisibles car elles n'ont plus de quoi se nourrir (au centre de leur trou noir) pour générer des radiations.

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