Trous noirs super-massifs, noyaux actifs et quasars

Nous savons depuis une vingtaine d’années que chaque galaxie abrite en son centre un trou noir supermassif, de masse comprise entre 1 million et quelques milliards de masses solaires. Le trou noir le mieux connu est celui du centre de la Voie lactée de 4 millions de masses solaires. Ces trous noirs, lorsqu’ils accrètent de la matière, deviennent des noyaux actifs (ou AGN, pour Active Galactic Nuclei) : l’énergie récupérée par la force gravitationnelle est de l’ordre de 20 % de l’énergie de masse mc2, bien supérieure à l’efficacité de l’énergie nucléaire de fusion, qui fait vivre les étoiles. Cette accrétion donne lieu alors au phénomène de quasar, ou le noyau de la galaxie, dans un volume infinitésimal, rayonne 1 000 fois plus que toute la galaxie hôte.

Cette énergie phénoménale serait suffisante pour détruire la galaxie même, si elle était couplée plus intimement à la matière. Mais ce n’est pas le cas : l’énergie s’échappe par les régions de moindre résistance. Pourtant, l’impact sur le gaz et la formation d’étoiles des galaxies n’est pas négligeable, et cette rétroaction pourrait être à l’origine de la relation de proportionnalité entre masse des trous noirs et masse des bulbes des galaxies. Un des phénomènes spectaculaires des AGN est l’éjection de matière perpendiculaire aux disques d’accrétion, sous forme de jets radio. Des électrons s’échappent à vitesse relativiste, si bien que ces jets nous apparaissent superluminiques. Lorsque deux galaxies spirales interagissent par les forces de marée, la friction dynamique les rapproche, et elles finissent par fusionner en une seule galaxie elliptique. Les trous noirs au centre forment alors une binaire, qui, en se resserrant, émet des ondes gravitationnelles. La détection de ces ondes par un réseau de pulsars et leur chronométrage pourront dans l’avenir quantifier le nombre de fusions. La détection par des interféromètres au sol (Laser Interferometer Gravitational wave Observatory ou LIGO, Virgo) de la fusion de trous noirs de masse stellaires, annoncée en février 2016, est très prometteuse pour l’exploration de cette nouvelle fenêtre ouverte sur l’Univers.

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