« L’homme a naturellement la passion de connaître ; et la preuve que ce penchant existe en nous tous, c’est le plaisir que nous prenons aux perceptions des sens. Indépendamment de toute utilité spéciale, nous aimons ces perceptions pour elles-mêmes ; et au-dessus de toutes les autres, nous plaçons celles que nous procurent les yeuxyeux. Or, ce n’est pas seulement afin de pouvoir agir qu’on préfère exclusivement, peut-on dire, le sens particulier de la vue au reste des sens ; on le préfère même quand on n’a absolument rien à en tirer d’immédiat ; et cette prédilection tient à ce que, de tous nos sens, c’est la vue qui, sur une chose donnée, peut nous fournir le plus d’informations et nous révéler le plus de différences. »
Ceci a été écrit il y a plus de 2 300 ans par Aristote et se trouve dans le premier chapitre du livre premier de sa métaphysique, ou plutôt le corpus qui en tient lieu, issu de textes rassemblés en 14 livres par Andronicos de Rhodes quelques siècles après la mort d’AristoteAristote.
LOFAR : le super radiotélescope européen qui révèle les confins de l’Univers. © Euronews
Une vision infrarouge et radioélectrique
La vue est toujours le sens le plus efficace de la noosphère mais, au cours du XXe siècle, il a pris une dimension nouvelle en astronomie grâce à la combinaison d’observations faites non seulement dans le visible, mais aussi dans l’infrarouge et dans le domaine des ondes radio.
On vient d’en voir un autre exemple avec un article publié dans The Astrophysical Journal Letters par une équipe internationale de chercheurs, des radioastronomes ayant utilisé en premier lieu le télescope international à réseau basse fréquence (LOFAR, pour Low Frequency Array), un réseau de radiotélescopes répartis dans toute l’Europe, en second lieu le spectrographe proche infrarouge Gemini (GNIRS) équipant télescope Gemini nord. Comme on peut le lire dans la version de l’article disponible sur arXiv, d’autres observations, dans le visible cette fois, ont également été utilisées grâce au télescope Hobby-Eberly équipé d’un miroirmiroir de 9,2 mètres et situé à l’observatoire McDonald au Texas, près de la ville de Fort Davis.
Roger Blandford nous parle des trous noirs supermassifs et de leurs jets dans cette vidéo. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Quanta Magazine
Des jets avec des trous noirs en rotation
Comme l’explique le communiqué du NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) accompagnant cette publication, l’équipe des astronomesastronomes a découvert un jet radio lointain à deux lobes qui s’étend sur une distance étonnante de 200 000 années-lumièreannées-lumière au moins, soit deux fois la largeur de la Voie lactéeVoie lactée. Il s’agit des plus grands jets radio jamais découverts aussi tôt dans l’histoire de l’UniversUnivers, c’est-à-dire environ 1,2 milliard d’années après le Big BangBig Bang (il faut garder à l’esprit qu’un jet de 23 millions d’années-lumière de long, nommé Porphyrion, a été observé dans un passé moins lointain, 6,3 milliards d’années après le Big Bang). La distance entre les deux lobes radio est de 200 000 années-lumière au moins, soit deux fois la largeur de la Voie lactée.
Ces jets sont associés au quasar J1601+3102, c’est-à-dire au noyau actif d’une galaxiegalaxie produit par un trou noir supermassiftrou noir supermassif accrétant de la matièrematière. Dans le cas présent, on estime que le trou noir en question contenait au moment où nous l’observons environ 450 millions de fois la massemasse du SoleilSoleil.
La matière tombant sur le trou noir central en rotation forme un disque d’accrétiondisque d’accrétion, où les forces de frictionfriction entre les spires de matière du disque le chauffent au point de produire un plasma et donc des courants et des champs magnétiqueschamps magnétiques. Comme Roger Blandford et d’autres avec lui l’ont montré il y a des décennies, l’environnement du trou noir en rotation se comporte alors comme un accélérateur de particules produisant des jets de matière qui, en entrant en collision avec le milieu intergalactique, peuvent créer des zones générant un rayonnement radio particulièrement intense.
En utilisant en partie le télescope Gemini Nord, une moitié de l’Observatoire international Gemini, financé en partie par la National Science Foundation américaine et exploité par NSF NOIRLab, des astronomes ont caractérisé le plus grand jet radio jamais observé dans l’Univers primitif. Historiquement, de tels jets radio de grande taille sont restés insaisissables dans l’Univers lointain. Grâce à ces observations, les astronomes ont de nouvelles informations précieuses sur le moment où les premiers jets se sont formés dans l’Univers et sur leur impact sur l’évolution des galaxies. © Images et vidéos : LOFAR/DECaLS/DESI Legacy Imaging Surveys/LBNL/DOE/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick/ASTRON/S. Goebel/N. Bartmann (NSF NOIRLab). Traitement d’images : M. Zamani (NSF NOIRLab). Musique : Stellardrone – In Time
Toujours dans le communiqué, Anniek Gloudemans, chercheuse postdoctorale au NOIRLab et auteure principale de l’article, explique qu’avec ses collègues : « Nous cherchions des quasarsquasars avec de puissants jets radio dans l’Univers primitif, ce qui nous aide à comprendre comment et quand les premiers jets se forment et comment ils impactent l’évolution des galaxies. Il est intéressant de noter que le quasar qui alimente ce jet radio massif n’a pas une masse de trou noir extrême par rapport aux autres quasars. Cela semble indiquer qu’il n’est pas nécessaire d’avoir un trou noir ou un taux d’accrétion exceptionnellement massif pour générer des jets aussi puissants dans l’Univers primitif. »
La chercheuse ajoute que « c’est uniquement parce que cet objet est si extrême que nous pouvons l’observer depuis la Terre, même s’il est très loin. Cet objet montre ce que nous pouvons découvrir en combinant la puissance de plusieurs télescopes qui fonctionnent à différentes longueurs d’ondelongueurs d’onde ».
Une clé de l’évolution des galaxies
Si l’on veut comprendre un peu plus pourquoi ce genre de découverte est important, il faut se rappeler que l’on sait qu’il existe un lien entre la masse d’une galaxie et la masse du trou noir supermassif qu’elle héberge. On pense depuis longtemps que cela implique que trous noirs géants et galaxies croissent de pair. Les détails des mécanismes de cette croissance sont probablement codés justement dans l’étude des phénomènes d’accrétion se produisant avec les trous noirs géants, phénomènes qui conditionnent également l’existence et les caractéristiques des jets associés.
On a des raisons de penser aussi que ces jets régulent la formation stellaire dans les galaxies. Bref, comprendre la formation et l’évolution des galaxies qui peuvent finir par abriter des planètes comme la Terre nécessite d’en savoir plus sur les quasars et leurs jets de matière, plus généralement d’en savoir plus sur les noyaux actifs de galaxies, les fameux AGNAGN.
Dans le cas de J1601+3102, les informations mesurables à ce sujet dans la lumière émise sont contenues dans une raie d’émissionémission large pour un ionion : Mg II (magnésiummagnésium). Normalement, ce signal apparaît dans la gamme de longueurs d’onde ultraviolette. Cependant, en raison de l’expansion de l’Univers, qui fait que la lumière émise par le quasar est « étirée » vers des longueurs d’onde plus longues, le signal de magnésium arrive sur Terre dans la gamme de longueurs d’onde proche de l’infrarouge, où il est détectable avec GNIRS, comme l’explique toujours le communiqué du NSF NOIRLab .
Pour en savoir plus sur les quasars
Françoise Combes, astrophysicienne et professeure au Collège de France, explique les dernières découvertes au sujet des quasars. © Espace des sciences
Le saviez-vous ?
Il y a environ 60 ans, la technique des occultations a permis de déterminer la contrepartie dans le visible de ce qui n’était alors qu’une étonnante source radio puissante, 3C 273. Lorsque Maarten Schmidt, un astronome néerlandais, a ensuite fait l’analyse spectrale de la lumière de l’astre toujours dans le visible, il découvrit avec stupéfaction des lignes d’émissions de l’hydrogène fortement décalées vers le rouge. Or, 3C 273 apparaissait dans le visible comme une étoile alors que ce résultat impliquait qu’il se situait en dehors de la Voie lactée à une distance cosmologique. Pour être observable d’aussi loin, l’objet devait donc être d’une luminosité prodigieuse. D’autres quasi-stellars radio sources, des quasars selon la dénomination proposée en 1964 par l’astrophysicien d’origine chinoise Hong-Yee Chiu, n’allaient pas tarder à être découverts. On en connaît aujourd’hui plus de 200 000.
Les astrophysiciens ont très tôt cherché à comprendre la nature de ces astres qui, bien que libérant d’énormes quantités d’énergie, semblaient être de petite taille. On a d’abord pensé qu’il pouvait s’agir d’énormes étoiles dominées par les effets de la relativité générale, notamment responsable du décalage spectral, avant d’envisager assez rapidement qu’il pouvait s’agir de trous noirs supermassifs accrétant d’importantes quantités de gaz. Dans le bestiaire des astres relativistes que l’on commençait à explorer sérieusement pendant les années 1960, certains, comme le Russe Igor Novikov et l’Israélien Yuval Ne’eman, ont même proposé que les quasars soient en fait des trous blancs. C’est-à-dire soit des régions de l’Univers dont l’expansion au moment du Big Bang avait été retardée (hypothèse des lagging core), soit l’autre extrémité de trous de ver éjectant la matière qu’ils avaient absorbée sous forme de trous noirs dans une autre partie du cosmos, voire dans un autre Univers.
