1. Quasar
source de rayonnement astronomique quasi-stellaire
Un quasar (source de rayonnement quasi-stellaire, quasi-stellar
radiosource en anglais, ou plus récemment « source de
rayonnement astronomique quasi-stellaire », quasi-stellar
astronomical radiosource) est un trou noir supermassif au centre
d'une région extrêmement lumineuse (noyau actif de galaxie). Les
quasars sont les entités les plus lumineuses de l'Univers. Bien
qu'il y ait d'abord eu une certaine controverse sur la nature de ces
objets, jusqu'au début des années 1980, il existe maintenant un
consensus scientifique selon lequel un quasar est typiquement la
région compacte entourant un trou noir supermassif au centre
d'une galaxie massive. Leur taille est de 10 à 10 000 fois le rayon
de Schwarzschild du trou noir et leur émission d'énergie provient
de la zone du disque d'accrétion qui l'entoure.

2. À travers les télescopes optiques, la plupart des quasars
ressemblent à de petits points lumineux, bien que certains soient
vus comme étant les centres de galaxies actives (et abrégés AGN,
pour Active Galaxy Nucleus). La majorité des quasars sont
beaucoup trop éloignés pour être vus avec de petits télescopes,
mais 3C 273, d'une magnitude apparente (ou relative) de 12,9 et
situé à 2,44 milliards d'années-lumière de la Terre, est une
exception.
Certains quasars présentent de rapides changements de
luminosité, ce qui implique une relation avec leur taille (un objet
ne peut pas changer de luminosité plus vite que le temps qu’il faut
à la lumière pour voyager d’un bout à l'autre[1]). Le quasar ULAS
J1120+0641, observé en 2011[2], est longtemps resté le plus
lointain jamais détecté, à z = 7,09 (donc à environ 12,9 milliards
d'années-lumière de la Terre). Fin 2017 est annoncée l'observation
du quasar ULAS J1342+0928, à z = 7,54 ; ce quasar a une
luminosité bolométrique de 4 × 1014 L⊙ et est interprété comme
un trou noir de 8 × 108 M⊙[3].
On pense que les quasars gagnent en puissance par l’accrétion de
matière autour des trous noirs supermassifs qui se trouvent dans
le noyau de ces galaxies, faisant des « versions lumineuses » de
ces objets connus comme des galaxies actives. Aucun autre
Vue d'artiste du quasar GB1508, entre le blazar (en blanc) et le disque (en jaune).

3. mécanisme ne paraît capable d’expliquer les immenses énergies
libérées, et leur rapide variabilité.
Un phénomène encore inexpliqué à ce jour autour des quasars est
que certaines galaxies « relativement tranquilles » semblent
passer tout à coup au stade de quasars, en quelques mois à
peine[4],[5].
Le substantif masculin[6],[7],[8] quasar est un emprunt[6],[7] à
l'anglais[6],[7] américain[8],[9] quasar, un substantif[10] de même
sens[6],[10], attesté en 1964[7],[11],[12]. Sa plus ancienne occurrence
connue[13],[14] se trouve dans un article de l'astrophysicien sino-
américain Hong‐Yee Chiu relatif à l'effondrement gravitationnel et
paru dans la revue Physics Today en mai 1964[15]. C'est un mot-
valise[16], contraction[17] de l'adjectif[18] quasi-stellar (« quasi-
stellaire »), abréviation de quasi-stellar radio source (« source
d'émission radio quasi-stellaire ») par adjonction de quas- — de
quasi — à -ar — de stellar.
En français, le mot quasar est employé dès 1965[7],[19], avec sa
première occurrence publique connue dans « Les monstres du
Cosmos », un article de Pierre-Charles Pathé paru dans Le Nouvel
Observateur le 7 janvier 1965[7],[19],[20].
Étymologie

4. Un quasar est composé de trois grandes parties principales[21]
[source insuffisante] :
le trou noir supermassif, comportant la quasi-totalité de la
masse du quasar (de quelques millions à quelques dizaines de
milliards de fois la masse du Soleil[22]). Il est également le
centre de masse du quasar ;
le disque d'accrétion, qui est le disque formé par la matière qui
est entrainée dans une chute vers la surface le trou noir. La
force de friction engendrée par le frottement des gaz et de la
matière dans ce disque y engendre une très forte élévation de
température[23] ;
des jets de gaz sont toutefois expulsés du disque d'accrétion,
soumis aux lignes de champ magnétique de l'environnement du
trou noir, atteignant des vitesses approchant celle de la lumière.
Structure
Propriétés

5. Le plus grand catalogue recense, en 2006, 113 666 quasars[24].
Tous les spectres observés montrent des décalages vers le rouge
allant de 0,06 à 6,4, indiquant selon la loi de Karlsson que ces
quasars se situent à de très grandes distances de nous, le plus
proche de nous étant à environ 240 Mpc (∼783 millions d'a.l.) et le
plus éloigné étant à environ 4 Gpc (∼13 milliards d'a.l.), aux limites
de l’univers observable[25] (leur décalage vers le rouge élevé
implique que ces objets s'éloignent de nous).
Quoique faibles quand ils sont observés optiquement les quasars
sont les objets les plus brillants connus dans l’Univers[réf. souhaitée].
Le quasar qui apparaît le plus brillant dans notre ciel est l'hyper-
lumineux 3C 273, dans la constellation de la Vierge. Il a une
magnitude apparente d’environ 12,9 (assez brillant pour être vu
avec un petit télescope) mais sa magnitude absolue est de −26,7.
Cela veut dire qu’à une distance de 10 pc (~ 33 années-lumière),
cet objet luirait dans le ciel aussi fortement que le Soleil. La
luminosité de ce quasar est donc 2 × 1012 fois plus forte que celle
du Soleil, ou environ 100 fois plus forte que la lumière totale d’une
galaxie géante, telle que notre Voie lactée.
Le quasar super-lumineux APM 08279+5255 avait, lorsqu’on l'a
découvert en 1998, une magnitude absolue de −32,2, quoique les
images à haute résolution des télescopes Hubble et Keck révèlent
Le quasar 3C 273, le plus lumineux jamais observé. Photographie prise par le télescope spatial Hubble.

6. que ce système est gravitationnellement grossi. Une étude du
grossissement gravitationnel dans ce système suggère qu'il a été
amplifié par un facteur d’environ 10. Cela est encore beaucoup
plus lumineux que les quasars tout proches tels que 3C 273. On
pensait que HS 1946+7658 avait une magnitude absolue de −30,3,
mais lui aussi était mis en valeur par l’effet de grossissement
gravitationnel.
On a découvert que les quasars varient en luminosité sur
différentes échelles de temps. Certains varient en brillance tous
les x mois, semaines, jours ou heures. Cette découverte a permis
aux scientifiques de théoriser le fait que les quasars génèrent et
émettent leur énergie dans une petite région, puisque chaque
partie de quasar doit être en contact avec d’autres parties sur une
échelle de temps pour coordonner les variations de luminosité.
Ainsi, un quasar dont la luminosité varie sur une échelle de temps
de quelques semaines ne peut être plus grand que quelques
semaines-lumière.
Les quasars montrent beaucoup de propriétés comparables à
celles des galaxies actives : le rayonnement est non-thermique et
quelques-uns ont des jets et des lobes comme ceux des
radiogalaxies. Les quasars peuvent être observés sur de
nombreuses régions du spectre électromagnétique : les ondes
radio, les infrarouges, la lumière visible, les ultraviolets, les rayons
X et même les rayons gamma.

7. La plupart des quasars sont les plus brillants dans le domaine du
proche ultraviolet (~ 121,6 nanomètres, ce qui correspond à la raie
d'émission Lyman-α de l'hydrogène) dans leur référentiel propre,
mais à cause des décalages vers le rouge considérables de ces
sources, le pic de luminosité a été observé aussi loin que
900 nanomètres, soit dans le très proche infrarouge.
Les quasars peuvent montrer des raies d’émission très fortes
provenant du fer ionisé, tel que IRAS 18508-7815.
Comme les quasars montrent des propriétés communes à toutes
les galaxies actives, beaucoup de scientifiques ont comparé les
émissions des quasars à celles de petites galaxies actives. La
meilleure explication pour les quasars est qu’ils deviennent
puissants grâce aux trous noirs supermassifs. Pour créer une
luminosité de 1040 W (la brillance typique d'un quasar), un trou
noir supermassif devrait convertir chaque année en énergie la
matière équivalant à celle de 10 étoiles, et les quasars les plus
Génération d'émission
Cette photo, prise en lumière infrarouge, est une image en fausses couleurs d’un « tandem quasar-supernova », avec la plus lumineuse des explosions jamais observées dans ce type de
combinaison. Ce couple fut découvert par une équipe de chercheurs venant de six institutions différentes.

8. brillants sont réputés dévorer 1 000 masses solaires de matière
par an. On pense que les quasars peuvent s’allumer ou s’éteindre
selon l'état de leur environnement, là où ils puisent de la matière.
La conséquence serait donc qu’un quasar ne pourrait, par
exemple, continuer de se nourrir à son rythme pendant
10 milliards d'années, ce qui expliquerait pourquoi il n’y a aucun
quasar près de la Voie Lactée. Lorsqu’un quasar a terminé
d’avaler du gaz et de la poussière, des étoiles et des planètes, il
deviendrait une galaxie plus calme, ordinaire.
Les quasars fournissent également des indices quant à la fin de la
réionisation du Big Bang. Les plus vieux quasars (z > 4) montrent
une onde Gunn-Peterson et des régions d’absorption devant eux,
indiquant que le milieu intergalactique était fait de gaz neutre, à ce
moment-là. Des quasars plus récents montrent qu’ils n’ont aucune
région d’absorption, mais plutôt des spectres contenant une zone
avec un pic connu sous le nom de forêt Lyman-α. Cela indique que
l’espace intergalactique a subi une réionisation dans le plasma, et
que le gaz neutre existe seulement sous la forme de petits
nuages.
Une autre caractéristique intéressante des quasars est qu’ils
montrent des traces d’éléments plus lourds que l’hélium. Cela
indique que ces galaxies ont subi une importante phase de
formation d’étoiles, créant une population III d'étoile, dans la
période entre l’époque du Big Bang et l’observation des premiers

9. quasars. La lumière de ces étoiles a pu être observée grâce au
télescope spatial Spitzer de la NASA (fin 2005, cette interprétation
demande encore à être confirmée).
Les premiers quasars furent découverts avec des radiotélescopes
vers la fin des années 1950. Beaucoup furent enregistrés comme
des sources radio sans objet visible associé. En utilisant de petits
télescopes et le télescope Lovell comme interféromètre, on a
remarqué qu’ils avaient une très petite taille angulaire. Des
centaines de ces objets ont été répertoriés dès 1960 et
répertoriés dans le Third Cambridge Catalogue. En 1960, la source
radio 3C 48 fut finalement reliée à un objet optique. Les
astronomes détectèrent ce qui paraissait être une pâle étoile
bleue à l’endroit des sources radios, et purent mesurer son
spectre. Contenant énormément de raies d’émission inconnues —
le spectre irrégulier défiait toute interprétation — la revendication
de John Bolton parlant d’un grand décalage vers le rouge ne fut
pas alors acceptée.
En 1962, une percée fut accomplie. Une autre source radio,
3C 273, allait subir cinq occultations par la Lune. Les mesures
effectuées par Cyril Hazard et John Bolton, durant une occultation,
en utilisant le radiotélescope de Parkes, permirent à Maarten
Schmidt d’identifier l’objet du point de vue optique. Il obtint un
spectre optique en utilisant le télescope Hale (5,08 m) du mont
Historique

10. Palomar. Ce spectre révéla les mêmes raies d’émission étranges.
Schmidt réalisa alors que c’étaient les raies de l’hydrogène
redshiftées (décalées vers le rouge) de 15,8 % ! Cette découverte
majeure démontra que 3C 273 s’éloignait de nous à la vitesse de
47 000 km/s. La découverte révolutionna l’observation des
quasars, et permit à d’autres astronomes de trouver les redshifts
émanant de raies d'émission pour des signaux provenant d’autres
sources radio. Comme Bolton l’avait prédit plus tôt, 3C 48 s’avéra
avoir un décalage vers le rouge équivalent à une vitesse
d'éloignement égale à 37 % de la vitesse de la lumière.
Le mot « quasar » fut inventé par l’astrophysicien Hong-Yee Chiu
dans la revue Physics Today, pour désigner ces intrigants objets,
qui devenaient populaires peu après leur découverte, mais qu'on
désignait alors par leur appellation complète (quasi-stellar radio
source) :
« Pour l'instant, le mot plutôt maladroit et
indéterminable de « quasi-stellar radio source » est
utilisé pour décrire ces objets. Comme la nature de
ces objets nous est complètement inconnue, il est
difficile de leur donner une nomenclature courte et
appropriée, même si leurs propriétés essentielles
viennent de leur nom. Par esprit pratique, la forme

11. abrégée « quasar » sera utilisée tout au long de cet
article. »
— Hong-Yee Chiu, Physics Today, Mai 1964
Plus tard, on découvrit que certains quasars (en fait, seulement
~10 %) n’avaient pas de fortes émissions radio. De là, le nom de
« QSO » (quasi-stellar object[26]) utilisé (en plus du mot « quasar »)
en référence à ces objets[27][source insuffisante],[28][source insuffisante],
comprenant la classe des radio-bruyant et des radio-silencieux.
Le grand sujet de débat dans les années 1960 était de savoir si les
quasars étaient des objets proches ou plutôt des objets lointains,
comme le laissait penser leur redshift. On suggéra, par exemple,
que le redshift des quasars n’était pas dû à l’effet Doppler, mais
plutôt à la lumière s’échappant d’un puits gravitationnel profond.
Cependant, on calcula qu'une étoile avec une masse suffisante
pour former un tel puits serait instable. Les quasars montrent
également des raies spectrales inhabituelles, auparavant visibles
sur une nébuleuse chaude de basse densité, qui serait trop diffuse
pour générer l’énergie observée, et pour accéder au profond puits
gravitationnel. Il y eut également de sérieux soucis en ce qui
concerne l’existence possible de quasars cosmologiques
lointains. Un des principaux arguments en leur défaveur était
qu’ils impliquaient des énergies qui excédaient les processus de
conversion connus, y compris la fusion nucléaire. Ces objections
se sont effacées avec la proposition d’un mécanisme de disque
d’accrétion, faite dans les années 1970. Et aujourd’hui, la distance

12. cosmologique des quasars est acceptée par la majorité des
chercheurs.
En 1979, l’effet de lentille gravitationnelle prédit par la théorie de la
relativité générale d’Einstein fut confirmée lors de l’observation
des premières images du double quasar 0957+561.
Dans les années 1980, des modèles unifiés furent développés
dans lesquels les quasars étaient vus simplement comme une
classe de galaxies actives, et un consensus général a émergé :
dans beaucoup de cas, c’est seulement l’angle de vue qui les
distingue des autres classes, tels que les blazars et les
radiogalaxies. L’immense luminosité des quasars serait le résultat
d’une friction causée par le gaz et la poussière tombant dans le
disque d’accrétion des trous noirs supermassifs, qui peut
transformer en énergie de l’ordre de 10 % de la masse d’un objet
(à comparer à 0,7 % pour l'énergie produite lors du processus p-p
de fusion nucléaire, qui domine la production d'énergie dans les
étoiles, comme dans le Soleil)[29].
Ce mécanisme explique aussi pourquoi les quasars étaient plus
communs lorsque l’Univers était plus jeune, comme le fait que
cette production d’énergie se termine lorsque le trou noir
supermassif a consumé tous les gaz et toutes les poussières se
trouvant à sa portée. Cela impliquerait la possibilité que la plupart
des grandes galaxies, dont notre Voie Lactée, sont passées par un

13. stade actif (apparaissant comme étant des quasars, ou une autre
classe de galaxie actives, cela dépendant de la masse du trou noir
et de son disque d’accrétion) et soient maintenant paisibles parce
qu'elles n’ont plus de quoi nourrir leur trou noir central pour
engendrer beaucoup de radiations.
1. Voir l'article sur le quasar J1819+3845 pour une autre
explication
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).
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Emanuele P. Farina, Fabian Walter et al., « An 800-million-
solar-mass black hole in a significantly neutral Universe at a
redshift of 7.5 », Nature,‎6 décembre 2017
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10.1038/nature25180 (https://dx.doi.org/10.1038/nature25180)
).
4. « En quelques mois seulement, six galaxies se sont
transformées en quasars ! Et les scientifiques ne savent pas
comment cela est possible » (https://trustmyscience.com/six-
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rg/web/*/http://scienceforseniorcitizens.com/quasars/) • Wikiwix (https://archive.
wikiwix.com/cache/?url=http://scienceforseniorcitizens.com/quasars/) •
Archive.is (https://archive.is/http://scienceforseniorcitizens.com/quasars/) •
Google (https://webcache.googleusercontent.com/search?hl=fr&q=cache:http://sci
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20. 25. « Astronomie : découverte d’un quasar, objet le plus brillant de
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stronomie-decouverte-de-lobjet-le-plus-brillant-de-lunivers-jeun
e/798180/) [archive], National Geographic France,
30 juin 2011.
26. Le nom a été modifié pour que les premières lettres de ses
éléments correspondent à l'acronyme.
27. [2] (http://archive-fr.com/fr/c/cite-sciences.fr/2012-05-12_348
4_5/Les_trous_noirs_agrave_l_origine_des_galaxies_universcie
nce_fr/) [archive].
28. [3] (http://www.universcience.fr/fr/science-actualites/enquete-
as/wl/1248100300838/les-trous-noirs-a-l-origine-des-galaxie
s/) [archive].
29. (en) « The Expanding Universe » (https://www.teachastronomy.c
om/textbook/The-Expanding-Universe/The-Quasar-Power-Sour
ce/) [archive], sur teastastronomy.com.
Articles connexes
Blazar
Galaxie active
Microquasar
Pulsar
Annexes

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Trou noir supermassif
Amas quasi-stellaire
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