Un modèle unique ?

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Toutes ces galaxies actives, et les autres, sont-elles alors des objets différents, ou est-il possible de trouver un modèle unique qui permette de les relier entre elles ?

Pour résumer les différents cas observés :

Les réactions nucléaires de fusion telles qu'elles se produisent au sein des étoiles sont incapables de fournir assez d'énergie pour obtenir un tel résultat.
La seule source d'énergie concevable est alors la gravitation, d'où l'idée suivante : au coeur de ces galaxies, il y a un gigantesque trou noir qui accélère le gaz alentour en un disque d'accrétion colossal.
Dans cette hypothèse, le calcul montre que la "consommation" par le trou noir de quelques masses solaires de matière par an est capable de fournir l'énergie observée.

Les estimations calculées indiquent que ce trou noir doit avoir une masse comprise entre un million et dix milliards de masses solaires, ce qui correspond à un rayon de Schwarzshild compris entre 10 secondes-lumière et un jour-lumière (soit 0,02 à 200 ua).

 

mécanisme des galaxies actives
Avec l'hypothèse du trou noir central, on obtient tous les cas de galaxies actives, en fonction de l'angle selon lequel on regarde la galaxie, et de l'intensité de son émission dans le domaine radio.

Notons toutefois que le mécanisme qui donne naissance aux jets de matière n'est pas encore bien élucidé.

La pression de radiation exercée par la lumière générée par le disque d'accrétion va empêcher celui-ci de croître indéfiniment. Il en résulte une limite appelée limite d'Eddington à la taille et à la luminosité d'un quasar. Ce fait correspond bien à l'observation.

 


La grande majorité des galaxies actives sont situées loin de nous, ce qui signifie également loin dans notre passé. Il s'agit donc de galaxies jeunes par rapport à l'âge présumé de l'univers.

L'idée du modèle unique permet donc de supposer que toutes les galaxies sont passées par un stade actif, et que le passage du stade quasar au stade Seyfert, puis à une galaxie ordinaire s'explique alors par la diminution d'activité du couple trou noir-disque d'accrétion.

évolution des galaxies par le modèle unique

Dans ces conditions, on s'attend à retrouver au coeur de chaque galaxie spirale un trou noir plus ou moins massif selon l'état d'évolution de la galaxie.
Grace au télescope spatial Hubble, ce genre de recherches a pu être entrepris en mesurant les vitesses individuelles des étoiles autour du centre de la galaxie, et les résultats se sont avérés conformes à ce que l'on attendait.

Voici un tableau de quelques galaxies dans les quelles on a pu identifier un trou noir supermassif.

Galaxie Type Constellation Distance(1) Luminosité(2) Masse(3)
Voie Lactée Sbc   28 000 1.9 2.6
M 31 Sb Andromède 2.3 Millions 5.2 30
M 32 E2 Andromède 2.3 Millions 0.25 3.4
M 106 Sbc Canes Vet. 24 Millions 1.3 41
NGC 3115 SO Sextans 27 Millions 14.2 1000
M 104 Sa Vierge 30 Millions 47 1000
NGC 3377 E5 Lion 32 Millions 5.2 80
M 105 E1 Lion 32 Millions 13 95
M 87 E0 Vierge 50 Millions 56 3000
NGC 4486b E0 Vierge 50 Millions 0.82 570
NGC 4261 E2 Vierge 90 Millions 33 470

(1) Distance en années lumière
(2) Luminosité en milliards de luminosité solaire
(3) Masse du trou noir en millions de masses solaires

Il est intéressant de noter que la masse du trou noir central varie proportionnellement à la masse totale de la galaxie. Ceci suggère que la croissance du trou noir est étroitement liée à la formation de la galaxie qui l'héberge.

Certaines études récentes émettent l'hypothèse que le trou noir central d'une galaxie spirale soit présent avant même la formation de la galaxie : il servirait en fait de germe à la formation de la galaxie.
Les observations montrent en effet qu'on peut trouver des trous noirs vieux de 12 milliards d'année, plus anciens donc que la galaxie qui l'héberge. Si ces mesures pouvaient être reproduites, ce serait ainsi une confirmation de l'hypothèse émise.

 


Références :
Towards a Truly Unified Model of AGN (M.A. Dopita)