Communiqué de presse

Le quasar le plus brillant et celui qui croît le plus rapidement : des astronomes identifient un quasar record

19 février 2024

Grâce au Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire Européen Austral (ESO), des astronomes ont pu caractériser un quasar brillant, et constater qu'il s'agit non seulement du plus brillant de sa catégorie, mais aussi de l'objet le plus lumineux jamais observé. Les quasars sont les noyaux lumineux de galaxies lointaines et sont alimentés par des trous noirs supermassifs. La masse du trou noir de ce quasar record augmente de l'équivalent d'un soleil par jour, ce qui en fait le trou noir dont la croissance est la plus rapide à ce jour.

Les trous noirs qui alimentent les quasars collectent la matière de leur environnement dans un processus si énergétique qu'il émet de grandes quantités de lumière. À tel point que les quasars font partie des objets les plus brillants de notre ciel, ce qui signifie que même les quasars les plus éloignés sont visibles depuis la Terre. En règle générale, les quasars les plus lumineux indiquent les trous noirs supermassifs dont la croissance est la plus rapide.

"Nous avons découvert le trou noir à la croissance la plus rapide connu à ce jour. Il a une masse de 17 milliards de soleils et mange un peu plus d'un soleil par jour. Cela en fait l'objet le plus lumineux de l'univers connu", explique Christian Wolf, astronome à l'Australian National University (ANU) et auteur principal de l'étude publiée aujourd'hui dans Nature Astronomy. Le quasar, appelé J0529-4351, est si éloigné de la Terre que sa lumière a mis plus de 12 milliards d'années à nous parvenir.

La matière qui est attirée vers ce trou noir, sous la forme d'un disque, émet tellement d'énergie que J0529-4351 est plus de 500 billions de fois plus lumineux que le Soleil [1]. "Toute cette lumière provient d'un disque d'accrétion chaud qui mesure sept années-lumière de diamètre - il doit s'agir du plus grand disque d'accrétion de l'Univers", explique Samuel Lai, doctorant à l'ANU et coauteur de l'étude. Sept années-lumière, c'est environ 15 000 fois la distance entre le Soleil et l'orbite de Neptune.

Et, étonnamment, ce quasar record était caché à la vue de tous. "Il est surprenant qu'il soit resté inconnu jusqu'à aujourd'hui, alors que nous connaissons déjà un million de quasars moins impressionnants. Jusqu'à présent, il nous a littéralement regardé en face", déclare Christopher Onken, astronome à l'ANU et coauteur de l’étude. Il a ajouté que cet objet apparaissait sur des images du Schmidt Southern Sky Survey de l'ESO datant de 1980, mais qu'il n'a été reconnu comme un quasar que des décennies plus tard.

La recherche de quasars nécessite des données d'observation précises sur de vastes zones du ciel. Les ensembles de données qui en résultent sont si volumineux que les chercheurs utilisent souvent des modèles d'apprentissage automatique pour les analyser et distinguer les quasars des autres objets célestes. Toutefois, ces modèles sont formés sur la base de données existantes, ce qui limite les candidats potentiels à des objets similaires à ceux déjà connus. Si un nouveau quasar est plus lumineux que tous les autres observés précédemment, le programme pourrait le rejeter et le classer plutôt comme une étoile pas trop éloignée de la Terre.

Une analyse automatisée des données du satellite Gaia de l'Agence spatiale européenne avait écarté J0529-4351 en raison de sa trop grande luminosité pour être un quasar, suggérant plutôt qu'il s'agissait d'une étoile. Les chercheurs l'ont identifié comme un quasar lointain l'année dernière en utilisant les
observations du télescope de 2,3 mètres de l'ANU à l'observatoire de Siding Spring en Australie. Pour découvrir qu'il s'agissait du quasar le plus lumineux jamais observé, il fallait toutefois un télescope plus grand et des mesures effectuées par un instrument plus précis. Le spectrographe X-shooter du VLT de l'ESO, situé dans le désert d'Atacama au Chili, a fourni les données cruciales.

Le trou noir dont la croissance est la plus rapide jamais observée sera également une cible parfaite pour la mise à jour de GRAVITY+ de l'interféromètre du VLT (VLTI) de l'ESO, qui est conçu pour mesurer avec précision la masse des trous noirs, y compris ceux qui sont très éloignés de la Terre. En outre, l’ELT (Extremely Large Telescope) de l'ESO, un télescope de 39 mètres en construction dans le désert chilien d'Atacama, permettra d'identifier et de caractériser ces objets insaisissables avec plus de facilité.

La découverte et l'étude de trous noirs supermassifs lointains pourraient permettre d'élucider certains des mystères de l'Univers primitif, notamment sur la façon dont ces trous et les galaxies qui les abritent se sont formés et ont évolué. Mais ce n'est pas la seule raison pour laquelle Christian Wolf les recherche. "Personnellement, j'aime tout simplement la chasse", explique-t-il. "Pendant quelques minutes par jour, je me sens à nouveau comme un enfant, jouant à la chasse au trésor, et je rapporte maintenant tout ce que j'ai appris depuis.

Notes

[1] Il y a quelques années, la NASA et l'Agence spatiale européenne ont annoncé que le télescope spatial Hubble avait découvert un quasar, J043947.08+163415.7, aussi brillant que 600 billions de soleils. Cependant, la luminosité de ce quasar a été amplifiée par une galaxie "lentille", située entre nous et le quasar lointain. La luminosité réelle de J043947.08+163415.7 est estimée à environ 11 billions de soleils (1 billion est un million de millions : 1 000 000 000 000 ou 10¹²).

Plus d'informations

Ceke recherche a été présentée dans un article intitulé "The accre8on of a solar mass per day by a 17-billion solar mass black hole" à paraître dans Nature Astronomy (doi:10.1038/s41550-024-02195-x).

L'équipe est composée de Christian Wolf (Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University, Australie [ANU] et Centre for Gravitational Astrophysics, Australian National University, Australie [CGA]), Samuel Lai (ANU), Christopher A. Onken (ANU), Neelesh Amrutha (ANU), Fuyan Bian (Observatoire européen austral, Chili), Wei Jeat Hon (School of Physics, University of Melbourne, Australie [Melbourne]), Patrick Tisserand (Sorbonne Universités, CNRS, UMR 7095, Institut d'Astrophysique de Paris, France), et Rachel L. Webster (Melbourne).

L'Observatoire Européen Austral (ESO) permet aux scientifiques du monde entier de découvrir les secrets de l'Univers pour le bénéfice de tous. Nous concevons, construisons et exploitons des observatoires au sol de classe mondiale - que les astronomes utilisent pour s'attaquer à des questions passionnantes et transmettre la fascination de l'astronomie - et nous encourageons la collaboration internationale en astronomie. Créé en 1962 en tant qu'organisation intergouvernementale, l'ESO est aujourd'hui soutenu par 16 États membres (Allemagne, Autriche, Belgique, Danemark, Espagne, France, Finlande, Irlande, Italie, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République tchèque, Royaume-Uni, Suède et Suisse), ainsi que par l'État hôte du Chili et l'Australie en tant que partenaire stratégique. Le siège de l'ESO ainsi que son centre d'accueil et son planétarium, l'ESO Supernova, sont situés près de Munich en Allemagne, tandis que le désert chilien d'Atacama, un endroit magnifique offrant des conditions uniques pour observer le ciel, accueille nos télescopes. L'ESO exploite trois sites d'observation : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le Very Large Telescope et son Very Large Telescope Interferometer, ainsi que des télescopes de sondage tel que VISTA. Toujours à Paranal, l'ESO accueillera et exploitera le Cherenkov Telescope Array South, l'observatoire de rayons gamma le plus grand et le plus sensible au monde. Avec ses partenaires internationaux, l'ESO exploite APEX et ALMA à Chajnantor, deux installations qui observent le ciel dans le domaine millimétrique et submillimétrique. Au Cerro Armazones, près de Paranal, nous construisons "le plus grand œil au monde tourné vers le ciel" - l'Extremely Large Telescope de l'ESO. Depuis nos bureaux de Santiago du Chili, nous soutenons nos opérations dans le pays et nous nous engageons auprès des partenaires et de la société chiliens.

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Mobile: +61(0)415330371
Courriel: christian.wolf@anu.edu.au

Samuel Lai
Australian National University
Canberra, Australia
Mobile: +61 (0) 493418898
Courriel: samuel.lai@anu.edu.au

Christopher Onken
Australian National University
Canberra, Australia
Tél: +61(0) 26125 8039
Courriel: christopher.onken@anu.edu.au

Rachel L. Webster (study co-author)
University of Melbourne
Melbourne, Australia
Mobile: +61(0) 425863209
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