Certains des objets les plus brillants de l'univers sont des quasars. Au lieu que les trous noirs consomment de la matière, il pourrait y avoir des objets avec de puissants champs magnétiques qui agissent comme des hélices, renvoyant la matière dans la galaxie.
Dans le jeune univers lointain, les quasars brillent avec une brillance inégalée par quoi que ce soit dans le cosmos local. Bien qu'ils apparaissent comme des étoiles dans les télescopes optiques, les quasars sont en réalité les centres lumineux des galaxies situées à des milliards d'années-lumière de la Terre.
Le noyau bouillonnant d'un quasar est actuellement représenté comme contenant un disque de gaz chaud en spirale dans un trou noir supermassif. Une partie de ce gaz est éjectée de force vers l'extérieur dans deux jets opposés à presque la vitesse de la lumière. Les théoriciens ont du mal à comprendre la physique du disque d’accrétion et des jets, tandis que les observateurs ont du mal à scruter le cœur du quasar. Le «moteur» central qui propulse les jets est difficile à étudier de manière télescopique car la région est si compacte et les observateurs de la Terre sont si loin.
L'astronome Rudy Schild du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) et ses collègues ont étudié le quasar connu sous le nom de Q0957 + 561, situé à environ 9 milliards d'années-lumière de la Terre en direction de la constellation Ursa Major, près de la Grande Ourse. Ce quasar contient un objet compact central contenant autant de masse que 3-4 milliards de soleils. La plupart considéreraient cet objet comme un «trou noir», mais les recherches de Schild suggèrent le contraire.
"Nous n'appelons pas cet objet un trou noir parce que nous avons trouvé des preuves qu'il contient un champ magnétique ancré à l'intérieur qui pénètre à travers la surface de l'objet central effondré et qui interagit avec l'environnement du quasar", a commenté Schild.
Les chercheurs ont choisi Q0957 + 561 pour son association avec une lentille cosmique naturelle. La gravité d'une galaxie voisine plie l'espace, formant deux images du quasar lointain et grossissant sa lumière. Les étoiles et les planètes de la galaxie voisine affectent également la lumière du quasar, provoquant de petites fluctuations de luminosité (dans un processus appelé «microlentille») lorsqu'elles dérivent dans la ligne de visée entre la Terre et le quasar.
Schild a surveillé la luminosité du quasar pendant 20 ans et a dirigé un consortium international d'observateurs exploitant 14 télescopes pour garder l'objet sous surveillance constante 24 heures sur 24 aux moments critiques.
"Avec la microlentille, nous pouvons discerner plus de détails de ce que l'on appelle le" trou noir "aux deux tiers du chemin jusqu'au bord de l'univers visible que nous ne pouvons le faire du trou noir au centre de la Voie lactée", a déclaré Schild.
Grâce à une analyse minutieuse, l'équipe a dévoilé les détails du noyau du quasar. Par exemple, leurs calculs ont identifié l'emplacement où se forment les jets.
«Comment et où se forment ces jets? Même après 60 ans d'observations radio, nous n'avons eu aucune réponse. Maintenant, les preuves sont là, et nous le savons », a déclaré Schild.
Schild et ses collègues ont découvert que les jets semblent émerger de deux régions de 1000 unités astronomiques (environ 25 fois plus grandes que la distance Pluton-Soleil) situées à 8000 unités astronomiques directement au-dessus des pôles de l'objet compact central. (Une unité astronomique est définie comme la distance moyenne de la Terre au Soleil, ou 93 millions de miles.) Cependant, cet emplacement ne serait attendu que si les jets étaient alimentés en reconnectant les lignes de champ magnétique qui étaient ancrées à l'objet compact supermassif rotatif dans le quasar. En interagissant avec un disque d'accrétion environnant, ces lignes de champ magnétique tournantes s'enroulent, s'enroulent de plus en plus serrées jusqu'à ce qu'elles s'unissent, se reconnectent et se cassent de manière explosive, libérant d'énormes quantités d'énergie qui alimentent les jets.
"Ce quasar semble être dominé dynamiquement par un champ magnétique ancré à l'intérieur de son objet compact supermassif central et rotatif", a déclaré Schild.
D'autres preuves de l'importance du champ magnétique ancré intérieurement du quasar se trouvent dans les structures environnantes. Par exemple, la région intérieure la plus proche du quasar semble avoir été nettoyée du matériau. Le bord intérieur du disque d'accrétion, situé à environ 2 000 unités astronomiques de l'objet compact central, est chauffé à incandescence et brille de mille feux. Les deux effets sont les signatures physiques d'un champ magnétique interne tourbillonnant entraîné par la rotation de l'objet compact central - un phénomène surnommé «l'effet d'hélice magnétique».
Les observations suggèrent également la présence d'un large écoulement conique en provenance du disque d'accrétion. Lorsqu'il est éclairé par le quasar central, il brille dans un contour en forme d'anneau connu sous le nom de structure Elvis d'après le collègue de Schild CfA, Martin Elvis, qui a théorisé son existence. L'ouverture angulaire étonnamment grande de l'écoulement qui est observée s'explique mieux par l'influence d'un champ magnétique intrinsèque contenu dans l'objet compact central dans ce quasar.
À la lumière de ces observations, Schild et ses collègues, Darryl Leiter (Marwood Astrophysics Research Center) et Stanley Robertson (Southwestern Oklahoma State University), ont proposé une théorie controversée selon laquelle le champ magnétique est intrinsèque à l'objet compact central et supermassif du quasar, plutôt que de faire partie du disque d'accrétion comme le pensent la plupart des chercheurs. Si elle était confirmée, cette théorie conduirait à une nouvelle image révolutionnaire de la structure des quasars.
"Notre découverte remet en question la vision acceptée des trous noirs", a déclaré Leiter. "Nous leur avons même proposé un nouveau nom - Magnetospheric Eternally Collapsing Objects, ou MECO", une variante du nom inventé par l'astrophysicien indien Abhas Mitra en 1998. "Les astrophysiciens d'il y a 50 ans n'avaient pas accès à la compréhension moderne de l'électrodynamique quantique qui est derrière nos nouvelles solutions aux équations originales de la relativité d'Einstein. "
Ces recherches suggèrent qu’en plus de sa masse et de son spin, l’objet compact central du quasar peut avoir des propriétés physiques plus proches d’un dipôle magnétique en rotation à décalage vers le rouge qu’un trou noir. Pour cette raison, la plupart des matières qui approchent ne disparaissent pas pour toujours, mais ressentent plutôt les champs magnétiques rotatifs comme des moteurs et se retournent. Selon cette théorie, un MECO n'a pas d'horizon d'événements, de sorte que toute matière capable de pénétrer par l'hélice magnétique est progressivement ralentie et arrêtée à la surface hautement décalée vers le rouge du MECO, avec juste un signal faible reliant le rayonnement de cette matière à un observateur distant. Ce signal est très difficile à observer et n'a pas été détecté à partir de Q0957 + 561.
Cette recherche a été publiée dans le numéro de juillet 2006 de l'Astronomical Journal et est disponible en ligne à http://arxiv.org/abs/astro-ph/0505518.
Basée à Cambridge, dans le Massachusetts, le Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) est une collaboration conjointe entre le Smithsonian Astrophysical Observatory et le Harvard College Observatory. Les scientifiques du CfA, organisés en six divisions de recherche, étudient l'origine, l'évolution et le destin ultime de l'univers.
Source d'origine: Communiqué de presse de la CfA
