A la recherche des quasars manquants

Je vous propose deux articles sur l’Univers. Depuis des années, les astronomes pensent qu’une grande population de trous noirs actifs manque dans les observations par rapport aux prévisions théoriques. Grâce aux observations des satellites Spitzer et Chandra de la Nasa dans le cadre du programme GOODS(1), une équipe d’astrophysiciens menée par Emanuele Daddi du laboratoire AIM (CEA, Université Paris Diderot, CNRS) a découvert la présence de plusieurs centaines de quasars, trous noirs énergétiques, cachés au sein de galaxies très poussiéreuses. Ces résultats seront publiés dans la revue Astrophysical Journal du 10 novembre 2007.

Les trous noirs « actifs », dont les plus énergétiques sont des quasars, sont des trous noirs supermassifs entourés d’un nuage de gaz et de poussières en forme d’anneau et se situent au centre d’une galaxie. Le gaz alimente progressivement le trou noir mais en tombant dessus, il s’échauffe et émet du rayonnement X. Ce rayonnement peut parfois être détecté, mais aussi être absorbé par le gaz et les poussières environnantes, rendant le quasar invisible depuis la Terre.

Une équipe d’astrophysiciens menée par Emanuele Daddi du laboratoire AIM a observé, grâce aux satellites Spitzer et Chandra de la Nasa, un millier de galaxies massives lointaines dans lesquelles aucun quasar n’était jusqu’ici connu. Ces galaxies aussi massives que la nôtre, mais distantes de 9 à 11 milliards d’années-lumière de la Terre, sont observées telles qu’elles existaient dans l’Univers jeune âgé de quelques 3 ou 4 milliards d’années(2).

Les observations infrarouges du satellite Spitzer ont révélé que 20% des galaxies observées émettent une quantité anormale de rayonnement infrarouge. Le rayonnement X, traqué par le satellite Chandra, n’est pas détecté dans les observations individuelles des galaxies, ce qui laisserait penser qu’elles ne renferment pas de quasar. Par un traitement approprié des données impliquant des superpositions d’images de toutes ces galaxies, il a été possible d’extraire un signal dans leur rayonnement X indiquant la présence de quasars en leur sein. L’explication de cette apparente contradiction : ces galaxies actives de l’Univers jeune sont en fait si poussiéreuses que le rayonnement X de leur quasar est fortement absorbé par les grains de poussières et ne peut pas être détecté dans les observations individuelles. Le rayonnement des quasars chauffe la poussière, qui émet alors l’excès de rayonnement infrarouge détecté dans les observations de Spitzer.

Auparavant, seuls quelques quasars particulièrement énergétiques ou peu absorbés avaient pu être détectés dans l’Univers jeune. Les nouvelles observations impliquent la présence d’un grand nombre (plusieurs centaines de millions) de trous noirs supermassifs en phase de croissance dans l’Univers jeune. Ce seraient en fait pratiquement toutes les galaxies massives de l’Univers jeune qui alimenteraient des trous noirs supermassifs, pendant un ou plusieurs milliards d’années au début de leur existence.

Les quasars nouvellement détectés permettent ainsi de mieux comprendre la formation des galaxies dans l’Univers lointain. Par exemple, les astronomes ont compris que les galaxies forment leurs étoiles en même temps que leur trou noir central « grandit », jusqu’à ce que ce dernier soit si massif qu’il supprime toute formation stellaire. Ces observations indiquent par ailleurs que les collisions entre les galaxies ne joueraient pas un rôle aussi important dans l’évolution des galaxies jeunes que celui qu’on leur attribuait jusqu’à présent. En effet, les collisions de galaxies étaient souvent évoquées comme le mécanisme déclenchant les phases d’activité des quasars. En réalité, un grand nombre de galaxies massives, qu’elles soient ou non en collision, hébergent un quasar. Pour en savoir plus : http://www-dapnia.cea.fr/Sap/index.php La galaxie sombre ne serait qu’un banal débris de collisions- communiqué de presse

15-11-2007 Qu’est-ce qu’une galaxie ? A priori, des étoiles, du gaz, un peu de poussière et surtout un halo de matière « noire » invisible englobant le tout. La découverte il y a quelques années de VirgoHI 21, une galaxie dite « sombre » dépourvue d’étoiles, a suscité beaucoup d’intérêt auprès des chercheurs, troublés par un tel spécimen que les modèles ne prévoyaient pas. Une équipe du laboratoire AIM (CEA, Université Paris Diderot, CNRS)(1) vient de montrer, à l’aide de simulations numériques, que VirgoHI 21 n’était en fait probablement qu’un banal débris d’une collision passée entre deux galaxies massives. Ainsi disparait le prototype de galaxie sombre massive. Ces résultats seront publiés dans Astrophysical Journal de février 2008.

A première vue, VirgoHI 21 apparaît comme un nuage de gaz isolé dans l’amas de galaxies de la Vierge. Il ne contiendrait aucune étoile : même les images optiques profondes fournies par le télescope spatial Hubble n’en révèlent aucune trace. Or la rotation rapide de ce nuage de gaz indique qu’il est mû par une masse invisible de plusieurs centaines de milliards de fois celle du Soleil. Il s’agirait donc d’un halo de matière noire, muni d’un peu de gaz, mais sans étoiles : une « galaxie sombre ».

Les modèles théoriques prévoient que des galaxies de très faible masse puissent ne pas contenir d’étoiles. Il pourrait y en avoir de nombreuses orbitant autour de la Voie Lactée ; plusieurs expériences cherchent actuellement à les dépister. Mais qu’une galaxie presque aussi massive que la Voie Lactée n’ait jamais réussi à former d’étoiles ou les ait intégralement perdues, voilà de quoi rendre perplexe les astrophysiciens. Depuis, une course s’est engagée pour trouver d’autres galaxies fantômes.

Or, une équipe du laboratoire AIM (CEA, Université Paris Diderot, CNRS) vient de montrer, à l’aide de simulations numériques réalisées par le calculateur du CEA/CCRT(2), que VirgoHI 21 n’était en fait probablement qu’un banal débris d’une collision passée entre deux galaxies massives de l’amas de la Vierge. Lorsque deux galaxies se rencontrent, des forces dites « de marée » arrachent une partie des constituants de leurs disques. Ces débris apparaissent le plus souvent sous forme de filaments dénommés « queues de marée », composés à la fois de gaz et d’étoiles. Les chercheurs ont montré que dans certaines conditions, de la matière purement gazeuse pouvait être éjectée à de grandes distances et se recondenser dans le milieu-intergalactique, prenant l’apparence de nuages isolés en rotation, comme pour les galaxies sombres. C’est notamment le cas lorsque des galaxies spirales riches en gaz se croisent à des vitesses aussi élevées que 1000 km/s, fréquentes dans les amas de galaxies tels que celui de la Vierge. Jusqu’à ces derniers travaux, on les pensait incapables de produire de longues queues de marée. Mais les chercheurs ont constaté la présence d’un pont ténu de gaz liant VirgoHI 21 et une galaxie spirale au Sud (Messier 99) qui déjà pouvait suggérer une interaction de marée. Manquait toutefois un des protagonistes de la collision. En réalisant un modèle numérique réaliste de cette structure, les chercheurs d’AIM ont compris que le compagnon se trouvait désormais très loin dans l’amas, hors du champ de vue jusqu’alors considéré : la galaxie spirale Messier 98.

Autant d’arguments pour conclure que VirgoHI 21 n’est qu’un banal nuage de gaz en train de s’échapper de sa galaxie parente suite à un télescopage à haute vitesse avec une autre galaxie. Disparaît ainsi le prototype des galaxies sombres massives.

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *