Blazar

L'objet BL Lacertae : 0323+022 (z=0,147) vue prise par ESO NTT (filtre R). La galaxie hôte et les compagnons proches sont visibles.

En astronomie, un blazar (en anglais : blazing quasi-stellar radiosource, que l'on peut traduire par « source radio éclatante quasi stellaire ») est un quasar très compact associé à un trou noir supermassif situé au centre d'un noyau actif de galaxie, très éloigné de nous. Les blazars sont détectés par leurs jets qui, selon qu'ils sont dirigés plus ou moins exactement vers la Terre, peuvent souvent faire varier leur luminosité de manière importante à travers tout le spectre électromagnétique.

Ce sont parmi les objets les plus puissants et violents de l'Univers et ils font partie, avec les quasars et les radiogalaxies, de la famille des galaxies actives. Ils émettent une grande quantité de rayonnements de toutes les longueurs d'onde (des ondes radio aux rayons gamma), et ils sont également des sources de particules de haute énergie, telles que des neutrinos, et de positrons. Ces rayonnements sont émis depuis une région du centre de leur galaxie qui ne serait pas plus grande que le Système solaire. Ce rayonnement est vraisemblablement généré par la présence au centre de ces galaxies d'un trou noir supermassif d'une masse considérable, de l'ordre d'un million à un milliard de masses solaires, qui est doté, comme les quasars, d'un disque d'accrétion, qui émet la plupart du rayonnement par friction. La puissance lumineuse émise est de l'ordre de mille milliards de fois celle du Soleil.

Structure

Vraisemblablement, les quasars, les blazars et les radiogalaxies seraient le même type d'objets : des noyaux actifs de galaxie (objets compacts et extrêmement lumineux, hébergeant un trou noir supermassif), duquel s'échappent de puissants jets de plasma, extrêmement lumineux et souvent très productifs en ondes radio.

Les jets sont composés de particules chargées projetées par un mécanisme encore mal compris, qui fait sans doute intervenir l'énergie gravitationnelle gigantesque du trou noir central. Ces particules sont principalement des électrons et positrons, des protons et des noyaux d'atomes, confinés par d'intenses champs magnétiques. Ces jets quittent le noyau actif à une vitesse proche de celle de la lumière. Ils peuvent même par un effet d'optique paraître pour nous plus rapides que celle-ci, et s'étendre à des centaines de milliers d'années-lumière, l'onde de choc finale pouvant se traduire par de vastes nuages cosmiques de gaz radioémetteurs, qu'on nomme lobes radio.

Plus précisément, un noyau actif de galaxie est composé d'un trou noir très massif, autour duquel gravite un vaste disque d'accrétion, composé de gaz et de poussières, et de restes d'étoiles. Les abords du trou noir sont extrêmement chauds, à tel point que la partie la plus centrale de ce disque, où le gaz tombe continuellement vers le trou noir, émet souvent des rayons dont les fréquences s'étendent jusqu'aux rayons X et gamma.

Radiogalaxies, quasars et blazars correspondraient en fait à un même genre de galaxies, observé sous des angles différents : si les jets nous parviennent de biais, elles ont l'aspect d'un quasar, mais si elles se présentent de face, c'est l'aspect d'un blazar, et vues complètement de profil, le cœur caché par les disques de poussières, nous détectons une radiogalaxie. Dans tous les cas, la galaxie hôte serait une galaxie elliptique géante.

Découverte

Le premier blazar fut découvert en 1968. Les astronomes détectèrent un signal en provenance d'un étrange objet de la constellation du Lézard, connu alors sous le nom de BL Lacertae, qui a été pris alors à tort pour une étoile variable. Ce blazar est l'un des plus proches de la Terre, à 900 millions d'années-lumière de distance.

Fonctionnement

Le mécanisme d'émission de radiation des blazars est similaire à celui d'un quasar un d'une radiogalaxie (tous regroupés dans les galaxies actives). Il provient de l'activité central de leur trou noir supermassif : celui-ci est entouré d'un disque d'accrétion entrainé dans son champ gravitationnel, les différentes parties de disque son brassées (les parties les plus lourdes sont attirées par les parties les moins massives) et cela créés une quantité importante de rayonnement (thermique) via un processus de friction. C'est à ce moment que les jets se forment, car il s'agit de grandes quantités de matière qui se retrouve entrainées au pôle du trou noir supermassif par l'action de l'ergosphère. Les blazars étant un environnement de forte densité, cela induit que leur disque d'accrétion est petit, mince et dense, ce qui les forces à adopter un régime de rayonnement radiativement inefficace : qui maintient leur flux d'émission en dessous de 1 % de la luminosité d'Eddington. Ce régime dit radiativement inefficace induit que leur émission de lumière ne sort pas du centre de la galaxie, mais reste concentré au centre. Le seul flux sortant se fait donc par les jets, et le seul moyen qu'ils soient perçus est un alignement de leur axe d'émission avec la ligne de visée de la Terre.

Les blazars se divisent en deux grandes catégories : les objets BL Lacertae et les quasars radio à spectre plat. Ils sont tous des noyaux galactiques actifs considérés comme radio-bruyant, émettant des jets relativistes alignés dans la ligne de visée de la Terre. Les BL Lacs et les FSRQ abritent généralement des trous noirs supermassifs qui accumulent de l'énergie via le régime radiativement inefficace. Les BL Lacs et les FSRQ diffèrent par la puissance de rayonnement de leurs jets, qui est donc leur seule source d'émission, qui est corrélée à la luminosité du disque d'accrétion et est plus faible pour les BL Lacs que pour les FSRQ. Contrairement aux FSRQ, les spectres optiques des BL Lacs ne montrent pas de larges raies d'émission (ou seulement des raies faibles).

Ces raies spectrales sont dominées par un rayonnement thermique, puisqu'elles proviennent directement du disque d'accrétion. Les raies d'émissions larges, telles que le fer dans les rayons X, se produit par la reflection, d'un flux de photons provenant de la diffusion Compton inverse dans le disque, sur une surface réfléchissante du disque lui même. Cette région réfléchissante est généralement déformée et aplatie par la force centrifuge, et sa déformation en tendance à créé un phénomène très lumineux et court que l'on appel une oscillation quasi-périodique. Celle-ci se produit lorsque le flux de photons se réfléchis sur le disque pendant un instant bref : la région de reflection étant déformée, seule une partie du disque peut provoquer la reflection dans l'axe de l'observateur. En raison de cela, à chaque alignement de cette région du disque avec le flux de photons comptonisés, un flash en rayons X est produit dans la raie du fer (puisque la diffusion Compton inverse a eue lieu avec un nuage d'électrons situé dans la couronne du disque du blazar, qui est riche en fer, corrélé avec l'effet de Lense-Thirring), dans une période bien définie, puisque cela correspond à la période de révolution de la zone réfléchissante.

Exemples

• S5 0014+81, constellation de Céphée, un des quasars les plus lumineux connus contenant l'un des trous noirs les plus massifs jamais recensé ;
• BL Lacertae, constellation du Lézard, distance 900 millions d'années-lumière ;
• OJ 287, constellation du Cancer, distance 3,5 milliards d'années-lumière ;
• 3C 279, constellation de la Vierge, distance de 5 milliards d'années-lumière ;
• TXS0506+056, distant de plus de 4 milliards d'années-lumière, émetteur en 2017 d'un neutrino particulièrement énergétique (290 TeV, plus de 20 fois celle des collisions proton-proton du LHC). Des travaux ultérieurs ont montré que des neutrinos ayant la même provenance avaient été détectés en 2014 par IceCube.

Voir aussi

Articles connexes

• Quasar
• Galaxie active