Lumière sur la couronne des trous noirs supermassifs
Pour la première fois, les chercheurs disposent d’une preuve directe montrant que la lumière millimétrique émise par un quasar lointain provient d’une zone compacte appelée « couronne ». Ce résultat inédit a été rendu possible grâce au phénomène de mirage gravitationnel, qui a joué le rôle d’une loupe en corrigeant la myopie des télescopes et en permettant d’examiner plus finement le cœur d’un quasar.
D
epuis des décennies, les astrophysiciens s’interrogent sur l’origine de la lumière émise dans le domaine des ondes millimétriques (des ondes électromagnétiques qui ont une longueur d’onde comprise entre 1 et 10 millimètres) par les quasars* "radio-silencieux", ces noyaux galactiques actifs qui ne produisent pas de puissants jets radio. Plusieurs scénarios étaient envisagés comme la formation d’étoiles, la poussière chauffée, les petits jets ou encore l'émission d’un plasma chaud entourant le trou noir appelé couronne.
"Distinguer ces hypothèses exige de sonder des régions extrêmement compactes, bien plus petites que ce que permettent les télescopes actuels, explique Dominique Sluse, astrophysicien à l'ULiège. C’est ici qu’intervient un phénomène naturel : la microlentille gravitationnelle**. Quand la lumière d’un quasar lointain traverse une galaxie intermédiaire, les étoiles de cette galaxie agissent comme de minuscules lentilles, amplifiant certains détails invisibles autrement." Pour vérifier leur hypothèse l'équipe - coordonnée par Matus Rybak, astrophysicien à l'Université de Leiden - a eu recourt au télescope ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) - situé à l'ESO au Chili. En analysant les observations du quasar RXJ1131-1231 (situé à près de sept milliards d’années-lumière de notre Terre) en 2015 et en 2020. De ces observations, les chercheurs ont pu détecter de fortes variations dans la brillance relative de ses images multiples créées par la lentille gravitationnelle.
"Ces variations ne peuvent s’expliquer que si l’émission millimétrique provient d’une région extrêmement compacte, d’une taille inférieure à 50 unités astronomiques (quelques fois la taille de notre système solaire), explique Cette taille exclut la poussière ou la formation d’étoiles et désigne clairement la couronne du trou noir comme source de cette lumière."
Pour confirmer cette interprétation, l’équipe a comparé l’émission millimétrique avec l’émission en rayons X, également produite par la couronne. Les résultats s'accordent parfaitement au modèle, renforçant la conclusion que la couronne domine l’émission millimétrique dans ce quasar.
Cette étude fournit la première preuve géométrique directe de l’émission coronale dans un quasar lointain. Elle démontre aussi que l’effet de microlentille, combiné à la puissance d’ALMA, constitue un outil unique pour explorer l’environnement des trous noirs supermassifs. Bien qu’il ne s’agisse pas d’une découverte ayant une application quotidienne, elle marque une étape clé pour la physique fondamentale et la compréhension de la croissance et de l’activité des trous noirs au cœur des galaxies.
*Un quasar est un noyau de galaxie très lumineux, alimenté par un trou noir supermassif qui engloutit de la matière. En tombant vers le trou noir, cette matière s’échauffe et brille énormément, parfois plus que toute la galaxie qui l’abrite. On distingue deux grandes familles de quasars : les quasars radio-bruyants (radio-loud) qui émettent de puissants jets de particules qui brillent intensément en ondes radio et les quasars radio-silencieux (radio-quiet) qui brillent aussi beaucoup, mais sans gros jets radio. Leur émission radio est très faible, voire absente. La majorité des quasars connus sont radio-silencieux (environ 90 %).
**Lentille gravitationnelle : phénomène astrophysique par lequel la gravité d’un objet massif (galaxie, amas de galaxies, étoile) courbe et dévie la lumière d’un objet situé derrière lui. Ce « mirage cosmique » peut produire plusieurs images de la même source, des arcs lumineux ou une amplification de sa brillance, agissant comme une loupe naturelle dans l’Univers.
Référence scientifique
Rybak, D. Sluse, K. K. Gupta, M. Millon, E. Behar, F. Courbin, J. P. McKean and H. R. Stacey, Detection of millimetre-wave coronal emission in a quasar at cosmological distance using microlensing, Astronomy & Astrophysics, 701, A215 (2025). doi.org/10.1051/0004-6361/202554595
