Quasar

Qu'est-ce qu'un quasar ?

Aujourd'hui, personne ne sait exactement ce qu'est un quasar! Ces objets stellaires sont les plus lumineux de notre univers. En effet, ils peuvent être mille fois plus lumineux que les galaxies les plus brillantes, et leur diamètre inférieur à 1 A.L ! (par comparaison, le diamètre de notre galaxie, est de 100 00 A.L)(1 A.L = 1 année lumière). Pourquoi est-il si difficile de détailler un quasar? Le problème avec ces objets stellaires, c'est qu'ils sont extrêmement loin… La distance entre notre galaxie - La Voie Lactée - et le Grand Nuage de Magellan (qui est une des 2 galaxies satellites de la nôtre) est franchement de la rigolade, comparée aux distances faramineuses des quasars… La distance ne se compterait même plus en milliers d'A.L, ni même en million, mais en milliard ! Hé oui, les quasars se situent à des milliards d'A.L de la Terre. Pourtant, les télescopes les plus puissants de notre ère, parviennent à les détecter. (ces objets ont une énorme luminosité)

 Ces objets émettent dans toutes les longueurs d'ondes, et par dessus tout, ce sont des émetteurs d'ondes radios. (Quasar est l'abréviation de quasi-stellar-radio sources). La source la plus puissante de notre ciel est bien sûr notre Soleil. Mais placé notre Soleil aux distances de ces objets, disons même à une cinquantaine dA.L de nous… Notre astre aura beau émettre et émettre, il sera indécelable, il sera perdu dans les abysses de notre univers…
 
Le premier quasar, fut découvert en 1962 par Cyril Hazard. Il l'a nommé 3C 273. Les théoriciens ont pensé que cela pouvait s'agir d'étoiles super-massives. Ils ont donc analysé le spectre de ces objets, et à leur grande surprise, il ne correspondait à aucun des éléments fabriqués par les atomes habituels : hydrogène, azote, hélium, oxygène, soufre etc. En réalité, ils comprirent le pourquoi de cette méconnaissance bien plus tard : en réalité ces éléments chimiques étaient bien connus, mais le spectre avait subit un décalage vers le rouge par Effet Doppler-Fizeau , de 15.8%. Cela est du à l'expansion de l'univers. La loi de Hubble stipule que, plus les objets sont éloignés, plus ils s'éloignent à de grandes vitesses. La vitesse calculée pour 3C273, était de 43600 Km/s ! D'après cette vitesse, l'objet en question était à 1.5 milliard d'années-lumières de la Terre. Connaissant sa distance et son éclat apparent, il est aisé d'en déduire sa luminosité : 100 fois plus que les galaxies les plus brillantes.
 
Autre chose de surprenant pour les astrophysiciens : l'éclat de 3C273 variait avec une période d'à peu près 7 mois. Sachant que rien ne peut aller plus vite que la lumière, ils en déduirent que ces objets avaient des dimensions linéaires plus petites que la distance que peut parcourir la lumière pendant quelques mois. Ils étaient devant un objet qui contenait bien plus d'énergie que les galaxies, en des limites inférieures à 1 A.L ! L'hypothèse que ces objets furent des étoiles, a été abandonnée. Aujourd'hui, il est possible que le quasar observé le plus éloigné se situe à peu près à une distance de 12-13 milliards d'années lumières. Sa vitesse de récession est proche de celle de la lumière…
 
Du point de vue théorique, la plus part des astrophysiciens pensent qu'au cœur des quasars, se situe un trou noir super-massif, de l'ordre de quelques millions à quelques milliards de masses solaires ! Car pour survivre, un quasar doit s'alimenter correctement ! Nous allons voir qu'il y a principalement 2 façons pour un trou noir de s'alimenter. La première est celle concernant la rupture d'étoile. Elle ne concerne que les trous noirs ayant une masse inférieure à 100 millions de masses solaires. La seconde façon est celle concernant les plus gros trous noirs : la collision d'étoiles.
 
Alors, que se passe-t-il avec un trou noir ayant une masse inférieure à 100 millions de masses solaires ? Ces trous noirs colossaux absorbent énormément de matière. Ils pourraient même absorber une étoile entière ! Pourtant, ils n'en tireront pas un gros avantage car ils ne s'alimenteront que très peu, ils ne feront qu'augmenter légèrement leur masse. Pour correctement s'alimenter, il faudrait que l'étoile se brise ! Si une étoile est attirée par un trou noir, elle adoptera une certaine orbite autour de celui-ci. A un moment donné, l'étoile dépassera une certaine limite, et sera tellement proche du trou noir qu'elle se brisera. Cette limite est appelée la Limite de Roche. Imaginons que l'étoile ne fasse qu'effleurer cette limite. Le coté de l'étoile le plus proche du trou noir sera attiré bien plus que l'autre, diamétralement opposé. Ainsi la différence de ces 2 forces crée-t-il le phénomène de marée du trou noir. Cette force va alors allonger l'étoile, et pour employer l'expression de Jean-Pierre Luminet, va prendre la forme d'un "cigare". Au cours de cette péripétie, l'étoile n'aura perdu qu'un peu de sa matière.
 
Si maintenant, l'étoile dépasse cette limite de Roche, elle passera en premier lieu par l'étape "cigare", mais ensuite, vu les forces de marées extrêmes, l'étoile ne sera plus un cigare mais carrément une crêpe ! A ce moment là, l'étoile ne peut plus résister à ces forces gravitationnelles… Elle se brise. Nous avons donc affaire à une sorte de supernovae prématurée. Une partie de la matière sera éjectée dans l'espace au delà des limites d'attraction du trou noir (i.e. l'Ergosphère), mais aussi une autre partie sera capturée par le trou noir. Cette matière rejoindra le disque d'accrétion qu'il alimentera en créeant une bouffée de rayonnement. Il faut signaler que l'étoile ne peut dépasser cette limite de Roche que si elle adopte une trajectoire excentrique autour du trou noir. Pourquoi cette façon d'alimenter ces trous noirs ne peut-elle pas s'appliquer également à ceux dont la masse dépasse les 100 millions de masses solaires ?  Tout simplement parce que la masse du trou noir croît proportionnellement avec son rayon. Ainsi, son rayon propre va à un moment donné, dépasser sa limite de Roche. Donc, l'étoile ne peut plus se briser, excepté à l'intérieur même du trou noir. A ce moment là, les astronomes, à l'extérieure, ne verront rien du cataclysme, car la particularité d'un trou noir à partir d'une autre limite (aïe aïe aïe satanées limites !… ) appelée, horizon des événements, c'est de ne rien laisser s'échapper, y compris la lumière ! Donc, une fois l'étoile à l'intérieur du trou noir, elle aura dépassée l'horizon des événements… Et donc, voilà pourquoi les astronomes ne verront rien… Ouf !

La théorie des collisions stellaires

A présent, expliquons ces collisions stellaires : Pour situer un peu le lecteur, ces trous noirs géants font à peu près la dimension de notre système solaire ! Avant de rentrer dans le vif du sujet, j'aimerais tout d'abord vous expliquer ce qu'on appelle des étoiles dites cométaires… : Prenons pour exemple, un amas d'étoiles au centre duquel se trouve un trou noir… Sans blague ?! Dans un amas, les étoiles sont amenées à se frôler, et parfois même elles sont tellement proches, qu'elles se perturbent réciproquement et ce qui va sans dire, leurs trajectoires également. Il se peut que l'étoile trop déstabilisée puisse être attirée par le trou noir central. Ainsi, il fera accélérer de plus en plus l'étoile, et celle-ci subira un flux intense radiatif, qui ne provient pas directement du trou noir, mais de son disque d'accrétion. Ainsi, cette étoile va se faire dépouiller de plus en plus de son enveloppe extérieure jusqu'à que son cœur thermonucléaire soit mis à nu. Il en va de même en ce qui concerne les comètes : lorsqu'elle passe à proximité du soleil, nous pouvons admirer sa belle chevelure de glace. (Car à coté du soleil, il fait légèrement chaud.. ! Et que la glace ça fond !). Voilà pourquoi ces étoiles sont appelées étoiles cométaires.
 
Revenons encore et encore à notre collision stellaire : dans notre système solaire, il est presque improbable que 2 comètes rentrent en collision. Cependant en ce qui concerne les étoiles cométaires, lorsqu'elles sont capturées par un trou noir géant, là, plusieurs d'entre elles peuvent rentrer en contact. Mais un autre facteur rentre en jeu : la vitesse.
 
En effet, la théorie des collisions stellaires dit que si 2 étoiles rentrent en collision à une vitesse inférieure à 500 Km/s, alors les 2 étoiles ne feront que fusionner, pour former une seule étoile mais bien plus grosse. Par contre, si cette vitesse est supérieure à 500 KM/S, alors là quelques débris d'étoiles, manifesteront leurs présences ! Hélas, les vitesses des étoiles ne dépassent que rarement 200 Km/s… D'où un certain problème. Mais celui-ci est vite résolu quand nous sommes en présence d'un objet déformant sans effort l 'espace-temps. Cet objet, cher lecteur, vous l'avez deviné… C'est bien sûr le trou noir ! Quelle surprise ! Ayant un puits gravitationnel important, le trou noir géant accélère les étoiles à plusieurs milliers de Km/s ! Les astrophysiciens estiment qu'à la périphérie, de rayon 10A.L, d'un trou noir géant de 1 milliard de masses solaires, 10 collisions stellaires par an peuvent s'accomplir. Lorsque ce choc s'effectue, des débris importants de ces étoiles, viendront alimenter en énergie le disque d'accrétion du trou noir.
 
Ainsi, les quasars qui ont pour centre un trou noir géant, pourront continuer à briller vivement. Mais il arrive malencontreusement, que ces quasars ne puissent plus s'alimenter, à cause d'un défaut de combustible. Ainsi, cela pourrait expliquer pourquoi il y avait plus de quasars extrêmement brillants dans notre lointain univers qu'à présent ; il y a quelques milliards d'années, la matière était plus condensée que maintenant. Pour cela, les quasars pouvaient s'alimenter aisément.

La durée de vie d'un quasar est au grand maximum de 10 millions d'années. Donc, tous ces quasars lointains, phares de l'univers, sont maintenant éteints depuis….Depuis… Longtemps ! Il existe également d'autres quasars qui sont plus proches de nous, mais leur luminosité est bien moindre que ceux se situant loin dans le passé. J'aimerais évoquer une dernière chose avant de parler de la position d'autres quasars : comment peut-on calculer la masse de ces trous noir formant ces quasars ? La luminosité d'un trou noir est directement proportionnelle à sa masse.(luminosité dû à son disque d'accrétion) Ainsi, un trou noir pour une masse donnée, ne peut rayonner plus qu'une certaine limite, appelée la limite d'Eddington. (nom du physicien anglais Arthur Stanley Eddington qui l'a mis en évidence). En effet, d'après les calculs des astrophysiciens, 40% de la masse ingérée par le trou noir, est rejetée sous forme d'énergie. Cependant, au fur et à mesure que ce processus se déroule, les photons émis vont pouvoir à un moment donné, stopper la matière qui s'approche. Il y a une sorte d'autorégulation. La limite d'Eddington est atteinte, ce qui en suit une luminosité maximale pour le trou noir. Ainsi, lorsque quelques observations de trou noirs sont faites, les scientifiques peuvent vérifier si la luminosité d'un trou noir est supérieure à la limite d'Eddington, ou encore en même temps, supérieurement massif. Si la masse du trou noir était inférieure, sa luminosité serait inférieure à la limite d'Eddington.

En 1943, Carl K.Seyfert, avait isolé quelques galaxies, qui se différenciaient des autres. Aujourd'hui elles portent son nom. Les galaxies de seyfert 1, ont pratiquement les mêmes propriétés que les quasars : raies d'émission larges, composante optique compacte et variable, émission X. Mais ces galaxies sont beaucoup moins brillantes que les quasars. Entre temps, quelques clichés des quasars les moins brillants, ont montré une faible nébulosité entourant le noyau " quasis stellaire ". Une idée dit alors que les noyaux des galaxies Seyfert 1 ne sont que des quasars, mais ceux là sont si brillants, que les galaxies qui les entourent sont oblitérées par cette luminosité. A l'inverse, les noyaux du type Seyfert 1 sont des quasars si faibles, que nous pouvons distinguer les galaxie qui les entourent presque normalement, mis à part un noyau un peu trop brillant. A peu près 2% des galaxies proches ont un noyau du type Seyfert1 Mais pour être détecté, il faut que la galaxie soit brillante compte tenue des autres galaxies et condensations d'étoiles. Il se pourrait alors qu'un nombre plus important de galaxies soit du type Seyfert 1. Ces galaxies auraient en leur centre, un miniquasar…. Ainsi, le phénomène de quasar, pourrait s'avérer bien plus fréquent que l'on pourrait le croire.

Pour finir les quasars restent encore un mystère en astrophysique, que ce soit dans le domaine observatoire, ou pire encore, en ce qui concerne l'origine de leur formation. La découverte de la vérité concernant les quasars pourraient donner une opportunité nouvelle aux cosmologistes quant à l'approfondissement de la compréhension de notre univers.