Les quasars à l’origine des galaxies !

dimanche 4 avril 2010

Les trous noirs : des monstres gloutons ?

Les trous noirs sont connus pour être des monstres engloutissant matière et lumière. Jusqu’à récemment , les astronomes les rendaient responsables de la dévoration de jeunes galaxies jusqu’à ce qu’ils deviennent quasars, incroyablement massifs et dissipateurs d’énergie. Cette idée admise s’écrit :

(1)Les jeunes galaxies alimentent les trous noirs devenant quasars

 [1]. Les interprétations de David Elbaz d’un document jusque-là ignoré [2] pourraient leur attribuer une toute autre fonction.

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Image de HE0450.2950
A côté de la tache centrale, une formation attire l’attention de l’astronome.
(Crédits D. Elbaz et al.)

C’est en se documentant pour écrire un roman que D. Elbaz tombe sur une anomalie r d’une photo : "Lorsque l’article de Magain et al est paru, j’ai eu l’idée d’observer ce quasar en infrarouge pour y rechercher la présence d’une "galaxie-hôte", raconte D. Elbaz. Il poursuit :" En effet, la poussière d’étoiles a pour effet d’absorber la lumière des étoiles et donc une galaxie aurait pu être manquée dans une image
visible du télescope spatial Hubble. J’ai donc contacté l’équipe en leur proposant de collaborer à ces observations et nous avons obtenu une
image. Sur cette image, nous n’avons vu qu’un point au centre de l ’image, à la position du quasar. Mais les données ne permettaient pas de prouver qu’il s’agisse d’une galaxie entière, l’émission de lumière infrarouge pouvait être associée à un disque de poussière à l’endroit du quasar. Nous avons donc publié un article avec cette image [3] D. Elbaz en vient à l’origine de son intuition : " J’étais en vacances en Bretagne et j’avais prévu de dédier ces quelques jours à l’écriture de mon nouveau roman, "...et Alice Tao [4]se souvint du futur".

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Couverture du livre de D. Elbaz
En imaginant une astrophysicienne qui pourrait remettre en question tout l’édifice de la science actuelle, D. Elbaz reprend ses interprétations d’images astronomiques !

Dans ce livre, je raconte l’histoire d’une jeune astrophysicienne chinoise qui fait une découverte qui révolutionne la théorie actuelle et qui va provoquer un changement de paradigme en science, grâce à l’intervention d’un théoricien. Pour que le livre soit réaliste, j’ai choisi ce quasar étrange et j’ai imaginé que la chercheuse trouvait la preuve que le quasar donnait naissance à une galaxie, que j’appelle dans le livre une "galaxie spontanée". C’est alors, que j’ai ouvert l’image de la caméra VISIR sur mon écran. Je ne sais plus très bien si je pensais vraiment y trouver quelque chose. Je crois que je m’étais rendu compte, en écrivant l’histoire d’Alice Tao, que je n’avais pas fait d’analyse approfondie de l’image, que je m’étais satisfait de la présence d’une source très lumineuse au centre de l’image, le quasar. Comme je n’avais pas imaginé qu’il y ait autre chose sur cette image, je ne l’ai pas cherché, mais en imaginant l’idée de galaxies spontanées dans le livre, je me suis souvenu que je n’avais pas fait un travail relativement classique pour un astronome, qui consiste à soustraire de l’image la source la plus brillante pour pousser le contraste et d’appliquer quelques formules assez simples pour rechercher la présence de sources de lumière (filtrage adapté à la taille de la source). J’ai donc lâché le roman en format traitement de texte et je suis passé en langage informatique pour reprendre le travail. Et là, j’ai ressenti une intense émotion en découvrant "a posteriori" ce que je venais d’imaginer "a priori" : une seconde source est apparue sur l’image. Une source que personne n’avait vue... La source était située à la position d’une galaxie voisine du quasar a priori sans lien évident avec lui.

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Image filtrée de HE0450-2958
Les triangles violets indiquent une seconde formation visible à la place de la galaxie hôte et une tache lumineuse centrale (Crédit D. Elbaz et al.)

Puis j’ai remarqué l’existence d’un pont de lumière entre les deux sources. Pour valider l’idée que la galaxie soit constituée d’étoiles jeunes, j’ai contactée une collaboratrice qui avait obtenu un spectre de la lumière des étoiles de la galaxie et avec un modèle d’un collègue, nous avons calculé l’age des étoiles : de l’ordre de 300 millions d’années, ce qui est très jeune à l’échelle d’une galaxie...
Je venais de découvrir des éléments d’évidence allant dans le sens de la découverte d’Alice Tao. Quand j’en ai parlé à mes collègues, j’ai pris conscience de l’auto-censure à laquelle j’avais été sujet. Ils m’ont averti de ne pas publier cet article car je mettais en péril ma réputation scientifique. En effet, cette découverte rappelle une théorie qui avait été mise en avant pour contrer celle du Big Bang, la théorie de la création continue. Dans cette théorie, les quasars seraient éjectés des galaxies. Ici c’est l’inverse, et il s’agit d’une simple observation, mais je me suis alors rendu compte que c’est le deuxième cas de ce type que j’avais rencontré. Je dispose d’un autre exemple encore plus incroyable que je n’ai jamais publié. Quand j’ai parlé de ma découverte dans une conférence à Shanghai, une jeune astrophysicienne m’a montré un alignement de galaxie dans le prolongement d’un jet de quasar. Je lui ai dit que c’était super, elle avait déjà écrit l’article. Elle ne l’a jamais publié...

L’astronome est alors amené à se demander :

" Qui, de la galaxie ou du quasar, apparait le premier ? "

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HE0450-2958
Image du "quasar nu" dont la galaxie hôte n’a pas pu être observée au téléscope Hubble. (Crédit ESO)

Pierre Magain et son équipe [5], en effet, dès 2005, avait [6] détecté à un peu moins de 5 milliards d’années-lumière, un quasar isolé, répertorié sous le numéro HE0450-2958. Le nuage de poussière dont s’entourait HE0450-2958 apparaissait trop petit pour abriter une galaxie hôte alors que les clichés infra-rouge confirmait l’absence de galaxie hôte. (la galaxie la plus proche étant à 22 000 années-lumière) . Cette découverte d’un "quasar nu" isolé, suggère à D. Elbaz un embryon de réponse à sa question :

Et si les quasars créaient au moins certaines galaxies ?

Un certain pouvoir explicatif

En tous cas, cette hypothèse aurait un certain pouvoir explicatif aux quelques questions restées sans réponses en l’état actuel des connaissances : la présence au centre de chaque galaxie d’un trou noir ou bien la masse des trous noirs équivalentes à 1/700 ème de la masse des étoiles de la galaxie et le petit nombre d’étoiles en formation depuis 8 millliard d’années dans les galaxies à trous noirs ?
Or supposer que l’observation du "quasar nu" était, en fait, la découverte de la naissance d’une galaxie remettrait les pièces du puzzle en place ! Pour preuve, les 350 nouvelles étoiles apparaissant dans la galaxies voisines et leur très jeune âge d’environ 300 millions d’années et le flux de particules à très haute énergie déversé par le "quasar nu". De plus, sa fusion avec la galaxie est prédit par le calcul. Le "quasar nu", dans ces conditions, loin d’être le point d’aboutissement de la galaxie avant de devenir trou noir en devient l’origine : il injecterait matière et énergie dans la galaxie, provoquant la formation d’étoiles de sa galaxie hôte. A partir d’un nuage de gaz, par bombardement de jets d’énergie des quasars, les galaxies se seraient formées. De ce point de vue, l’idée recue formulée en (1) devient par simple inversion l’hypothèse (2) sur laquelle certains astronomes travaillent actuellement :

(2) Les quasars alimentent les jeunes galaxies

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Une "Quasi-star" ou Quasar
Une étoile trop proche du quasar est absorbée par le trou noir au centre du quasar. La matière ou les gaz s’échauffent en émettant des rayonnements (Crédits ESA)

Les Quasars (Quasi stellar objects.) ont été observés en grande quantité après la découverte en décembre 1962 par M. Schmidt, astronome néerlandais, grâce au télescope du mont Palomar, d’une étoile, située à un milliard d’années-lumière, rayonnant comme 1 000 galaxies, mais un million de fois plus petite qu’une galaxie !

Contrairement aux idées recues ....

Contrairement aux idées reçues – les quasars sont suspectés, en raison de la puissance de leurs jets, d’éjecter en dehors des galaxies les poussières et les gaz nécessaires à la formation d’étoiles – le quasar serait à l’origine de la flambée d’étoiles de la galaxie voisine. " Dans un premier temps, le quasar en propulsant ses jets de matière dans l’espace créerait des nuages de gaz. Puis, en frappant ces nuages, le jet produirait l’onde de choc nécessaire à l’effondrement de ces gaz, une phase indispensable à la formation d’étoiles" avance D. Elbaz. Cette mise en question des idées recues permet une avancée d’hypothèses qui, à l’avenir, sera infirmée ou confirmée. Mais il fallait en avoir l’audace !

Sources

Black Hole in Search of Home


[1Les trous noirs ne peuvent être observés que de manière indirecte : ainsi, des flashs lumineux provenant du bord du trou noir super massif se situant au centre de notre Galaxie ont pu être détectés dans l’infra-rouge. Ils proviennent de gaz chaud tombant dans le trou noir, juste avant son absorption définitive ( revue Nature du 30/10/03).

[2Quasar induced galaxy formation : a new paradigm ? D. Elbaz1, K. Jahnke2, E. Pantin1, D. Le Borgne3,4, and G. Letawe5 A&A 507, 1359–1374 (2009)

[3Op. citat.

[4à paraître le 23 avril 2010 aux éditions Odile Jacob.

[5Magain, P., Letawe, G., Courbin, F., et al. 2005, Nature, 437, 381

[6de l’université de Liège