Les quasars sont parmi les objets les plus brillants de l'Univers, et les astronomes croient qu'ils sont causés par l'effusion de rayonnements de l'environnement autour d'un trou noir supermassif à alimentation active. Les astronomes ont utilisé la gravité d'une galaxie relativement proche comme lentille gravitationnelle pour concentrer la lumière du quasar le plus éloigné, donnant cette vue impressionnante.
Pour la première fois, en utilisant une nouvelle technique, les astronomes ont regardé à l'intérieur d'un quasar et ont mesuré le soi-disant disque d'accrétion autour du trou noir. L'étude confirme une fois de plus ce que les scientifiques soupçonnent depuis longtemps - que les trous noirs supermassifs des quasars sont entourés de disques surchauffés de matière qui s'enroule en spirale.
Les résultats du projet, auquel ont participé des scientifiques de la Penn State University et de l'Ohio State University, et les observations de l'Observatoire de rayons X Chandra de la NASA sont publiés aujourd'hui (5 octobre 2006) lors de la réunion de l'Astrophysique des hautes énergies de l'American Astronomical Society (AAS). Division à San Francisco.
L'équipe de recherche, dirigée par Christopher Kochanek à Ohio State, comprend Xinyu Dai et Nicholas Morgan à Ohio State et George Chartas et Gordon Garmire à Penn State. L'équipe a étudié les structures intérieures des deux quasars, dont la lumière n'est devenue visible que lorsqu'une galaxie s'est alignée entre eux et la Terre, grossissant leur lumière comme une lentille. Les astronomes ont comparé cet effet, appelé «lentille gravitationnelle» ou «microlentille», à la possibilité de regarder les quasars au microscope.
«Il existe de nombreux modèles qui tentent de décrire ce qui se passe à l'intérieur d'un quasar et, auparavant, aucun d'entre eux ne pouvait être exclu. Maintenant, certains d'entre eux le peuvent », a déclaré Xinyu Dai, chercheur postdoctoral à l'Ohio State qui a récemment obtenu son doctorat à Penn State. «Nous pouvons commencer à créer des modèles plus précis de quasars et à avoir une vue plus complète des trous noirs.»
Garmire, de Penn State, est le principal chercheur de la caméra à rayons X de l'observatoire Chandra de la NASA, le spectromètre d'imagerie CCD avancé (ACIS), que les astronomes utilisaient pour observer la lentille gravitationnelle des deux quasars. Cette caméra à rayons X a été conçue et développée pour la NASA par Penn State et le Massachusetts Institute of Technology sous la direction de Garmire, qui est le professeur Evan Pugh d'astronomie et d'astrophysique à Penn State. Pratiquement toutes les découvertes importantes de Chandra ont été basées sur des observations avec la caméra ACIS.
Vu de la Terre, des quasars ou des objets quasi-stellaires, ils ressemblent à des étoiles. Ils sont extrêmement brillants, c'est pourquoi nous pouvons les voir même s'ils font partie des objets les plus éloignés de l'univers. Les astronomes ont intrigué les quasars pendant des décennies avant de décider qu'ils contenaient très probablement des trous noirs super-massifs qui se sont formés il y a des milliards d'années. Le matériau qui tombe dans un trou noir brille de mille feux et, dans le cas des quasars, il brille à travers une large gamme d'énergies, y compris la lumière visible, les ondes radio et les rayons X.
«Les rayons X des disques d'accrétion des trous noirs sondent les régions d'émission plus près du trou noir que celles de la bande optique», explique Chartas, chercheur associé à Penn State, qui a analysé les données radiographiques obtenues à partir de la surveillance de plusieurs les objets de cette étude de microlentille. «En comparant les courbes de rayons X d'un événement de microlentille à celles de plusieurs bandes optiques, nous avons déduit les tailles relatives des régions d'émission. Cette comparaison nous a permis de contraindre la structure du disque d'accrétion d'un trou noir à différentes longueurs d'onde. »
Les quasars sont si loin que, même dans les télescopes les plus avancés, ils ressemblent normalement à un minuscule point de lumière. Mais Einstein a prédit que les objets massifs dans l'espace peuvent parfois agir comme des lentilles, courbant et grossissant la lumière d'objets qui se trouvent derrière eux, comme le voit un observateur. L'effet est appelé lentille gravitationnelle, et il permet aux astronomes d'étudier certains objets avec des détails autrement inaccessibles. "Heureusement pour nous, parfois les étoiles et les galaxies agissent comme des télescopes à très haute résolution", a déclaré Kochanek. "Maintenant, nous ne regardons pas seulement un quasar, nous sondons tout l'intérieur d'un quasar et descendons là où se trouve le trou noir."
Les scientifiques ont pu mesurer la taille du soi-disant disque d'accrétion autour du trou noir à l'intérieur de chaque quasar. Dans chacun, le disque entourait une zone plus petite qui émettait des rayons X, comme si le matériau du disque était chauffé en tombant dans le trou noir au centre. C’est ce qu’ils s’attendaient à voir, étant donné les notions actuelles sur les quasars. Mais la vue intérieure les aidera à commencer à affiner ces notions, a déclaré Dai.
La clé du projet était l'observatoire Chandra X-Ray de la NASA, qui a permis aux astronomes de mesurer avec précision la luminosité de la région d'émission de rayons X de chaque quasar. Ils ont couplé ces mesures à celles des télescopes optiques qui appartiennent au Consortium du système de télescope de recherche à petite et modérée ouverture et à l'expérience de lentille gravitationnelle optique. Les astronomes ont étudié la variabilité des rayons X et de la lumière visible provenant des quasars et ont comparé ces mesures pour calculer la taille du disque d'accrétion dans chacun. Ils ont utilisé un programme informatique créé par Kochanek spécialement pour de tels calculs et l'ont exécuté sur un cluster d'ordinateurs à 48 processeurs. Les calculs pour chaque quasar ont pris environ une semaine.
Les deux quasars qu'ils ont étudiés s'appellent RXJ1131-1231 et Q2237 + 0305, et ils n'ont rien de spécial, a déclaré Kochanek, sauf qu'ils étaient tous les deux gravitationnels. Lui et son groupe étudient actuellement 20 de ces quasars à lentilles, et ils aimeraient éventuellement recueillir des données radiographiques sur chacun d'eux.
Ce projet fait partie d'une collaboration continue entre l'Ohio State et Penn State. La recherche est financée par la NASA. Le cluster informatique a été fourni par Cluster Ohio, une initiative de l'Ohio Supercomputer Center (OSC), de l'Ohio Board of Regents et du OSC Statewide Users Group. Le Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama, gère le programme Chandra pour la Direction des missions scientifiques de l'agence. Le Smithsonian Astrophysical Observatory à Cambridge, Massachusetts, contrôle les opérations scientifiques et aériennes du Chandra X-ray Center de Cambridge, Massachusetts.
Source d'origine: Communiqué de presse PSU
