Il n'y a rien de plus hors de ce monde que des objets quasi-stellaires ou plus simplement - des quasars. Ce sont les objets les plus puissants et parmi les plus éloignés de l'Univers. Et ces centrales électriques sont assez compactes - de la taille de notre système solaire. Comprendre comment elles sont apparues et comment - ou si - elles évoluent dans les galaxies qui nous entourent aujourd'hui sont quelques-unes des grandes questions qui animent les astronomes.
Maintenant, un nouvel article de Yue Shen et Luis C. Ho - «La diversité des quasars unifiés par accrétion et orientation» dans la revue Nature confirme l'importance d'une dérivation mathématique par le célèbre astrophysicien Sir Arthur Eddington pendant la première moitié du 20ème Siècle, en comprenant non seulement les étoiles mais aussi les propriétés des quasars. Ironiquement, Eddington ne croyait pas qu'il existait des trous noirs, mais maintenant sa dérivation, la luminosité d'Eddington, peut être utilisée de manière plus fiable pour déterminer les propriétés importantes des quasars sur de vastes étendues d'espace et de temps.
Un quasar est reconnu comme un accroissement (sens- matière qui tombe sur) trou noir super massif au centre d'une «galaxie active». La plupart des quasars connus existent à des distances qui les placent très tôt dans l'Univers; la plus éloignée est à 13,9 milliards d'années-lumière, à peine 770 millions d'années après le Big Bang. D'une certaine manière, les quasars et les galaxies naissantes qui les entouraient ont évolué pour devenir les galaxies présentes dans le Space Magazine. À leurs distances extrêmes, ils sont ponctuels, indiscernables d'une étoile, sauf que les spectres de leur lumière diffèrent grandement de ceux d'une étoile. Certains seraient aussi brillants que notre Soleil s'ils étaient placés à 33 années-lumière, ce qui signifie qu'ils sont plus d'un billion de fois plus lumineux que notre étoile.
La luminosité d'Eddington définit la luminosité maximale qu'une étoile peut présenter qui est en équilibre; plus précisément, l'équilibre hydrostatique. Les étoiles extrêmement massives et les trous noirs peuvent dépasser cette limite, mais les étoiles, pour rester stables pendant de longues périodes, sont en équilibre hydrostatique entre leurs forces intérieures - la gravité - et les forces électromagnétiques extérieures. Tel est le cas de notre étoile, le Soleil, sinon elle s'effondrerait ou se dilaterait, ce qui dans les deux cas n'aurait pas fourni la source stable de lumière qui a nourri la vie sur Terre pendant des milliards d'années.
Généralement, les modèles scientifiques commencent souvent simples, comme le modèle de Bohr de l'atome d'hydrogène, et des observations ultérieures peuvent révéler des subtilités qui nécessitent une théorie plus complexe à expliquer, comme la mécanique quantique pour l'atome. La luminosité et le rapport d'Eddington pourraient être comparés à la connaissance de l'efficacité thermique et du taux de compression d'un moteur à combustion interne; en connaissant ces valeurs, d'autres propriétés suivent.
Plusieurs autres facteurs concernant la luminosité d'Eddington sont maintenant connus et sont nécessaires pour définir la «luminosité d'Eddington modifiée» utilisée aujourd'hui.
Le nouvel article de Nature montre comment la luminosité d'Eddington aide à comprendre la force motrice derrière la séquence principale de quasars, et Shen et Ho appellent leur travail la preuve définitive manquante qui quantifie la corrélation des propriétés d'un quasar avec le rapport d'Eddington d'un quasar.
Ils ont utilisé des données d'observation archivistiques pour découvrir la relation entre la force des émissions optiques de fer [Fe] et d'oxygène [O III] - fortement liées aux propriétés physiques du moteur central du quasar - un trou noir super massif et le rapport d'Eddington . Leur travail fournit la confiance et les corrélations nécessaires pour avancer dans notre compréhension des quasars et de leur relation avec l'évolution des galaxies dans l'Univers primitif et jusqu'à notre époque actuelle.
Les astronomes étudient les quasars depuis un peu plus de 50 ans. À partir de 1960, les découvertes de quasars ont commencé à s'accumuler, mais uniquement grâce aux observations du radiotélescope. Ensuite, une mesure très précise du radiotélescope du Quasar 3C 273 a été effectuée en utilisant une occultation lunaire. Avec cela en main, le Dr Maarten Schmidt du California Institute of Technology a pu identifier l'objet en lumière visible à l'aide du télescope Palomar de 200 pouces. En examinant les étranges raies spectrales dans sa lumière, Schmidt est parvenu à la bonne conclusion que les spectres des quasars présentent un décalage vers le rouge extrême et que cela était dû à des effets cosmologiques. Le décalage cosmologique vers le rouge des quasars signifiait qu'ils étaient très éloignés de nous dans l'espace et le temps. Il a également marqué la fin de la théorie de l'état stationnaire de l'Univers et a donné un soutien supplémentaire à un Univers en expansion qui émanait d'une singularité - le Big Bang.
Les chercheurs, Yue Shen et Luis C. Ho, sont de l'Institut d'astronomie et d'astrophysique de l'Université de Pékin et travaillent avec les observatoires Carnegie à Pasadena, en Californie.
Références et lectures complémentaires:
«La diversité des quasars unifiés par accrétion et orientation», Yue Shen, Luis C. Ho, 11 septembre 2014, Nature
«Qu'est-ce qu'un Quasar?», Space Magazine, Fraser Cain, 12 août 2013
«Entretien avec Maarten Schmidt», Caltech Oral Histories, 1999
«Cinquante ans de quasars, un symposium en l'honneur de Maarten Schmidt», Caltech, 9 septembre 2013
