Astronomie : quasar, vous avez dit quasar ?

Dans un article publié ces derniers jours dans le très réputé The Astrophysical Journal, des astronomes dévoilent un catalogue de 1,3 million de quasars figurant dans les données du télescope européen Gaïa et répartis dans ce qui constitue le plus grand volume d'univers observable jamais cartographié. Les plus éloignés brillaient déjà lorsque le cosmos n'avait encore que 1,5 milliard d'années. Mais de quoi parle-t-on exactement ? D'une étoile d'un genre particulier, d'une galaxie singulière ou d'une mystérieuse explosion ? Rien de tout cela, ou presque…

Les quasars ont été découverts vers la fin des années 1950, d'abord en tant que sources d'ondes radio. Après quoi, en cherchant aux débuts des années 1960 la contrepartie en lumière visible de l'une d'elles, baptisée 3C 273 et située dans la constellation de la Vierge, l'astrophysicien britannique Cyril Hazard et son homologue néerlandais Maarten Schmidt se sont aperçus que ce qui semblait être un astre distinct relativement proche était probablement un objet beaucoup plus lointain d'une puissance phénoménale.

En effet, l'analyse spectrale de l'objet révélait un décalage vers le rouge le plaçant à environ 2,4 milliards d'années-lumière de la Terre, très loin en dehors de notre Voie lactée. Ainsi, ce qui semblait être une étoile ne pouvait pas en être une. C'est l'origine même de l'appellation « quasar », acronyme de quasi stellar astronomical radiosource.

Une quasi-étoile

Mais alors de quoi s'agissait-il donc ? La question a trotté un moment dans la tête des astrophysiciens : qu'est-ce qui pouvait bien générer une lumière cent fois plus intense que la totalité des étoiles de la Voie lactée, tout en étant d'une taille réduite, de l'ordre d'un millionième de galaxie ? La controverse a duré plus de quinze ans, certains astronomes refusant d'admettre qu'il puisse s'agir d'objets si lointains et cherchant une autre explication au décalage spectral vers le rouge observé. D'autres ont même imaginé qu'ils puissent être les extrémités de trous de ver éjectant la matière absorbée par des trous noirs dans une autre partie du cosmos, voire dans un autre univers.

Pour autant, comme l'explique, en substance, l'astrophysicien français Jean Audouze dans son ouvrage Les 100 Mots de l'astronomie (Que sais-je ? 2020), il existe aujourd'hui un consensus très net sur la nature cosmologique des quasars qui ne seraient autres que des galaxies « très lointaines » et « très lumineuses », possédant « un noyau très actif qui renferme la quasi-totalité de leur masse ».

Des objets célestes qui tirent leur énergie « de l'attraction de la matière avoisinante par un trou noir central supermassif ». Une matière qui s'échauffe et brille fortement avant d'être engloutie par l'astre occlus. « Celui-ci est entouré d'un disque d'accrétion constitué par cette matière » et qui émet « des jets de gaz » expulsés orthogonalement à une vitesse proche de celle de la lumière.

Une forme primitive

Loin d'être des étoiles, les quasars sont donc des noyaux très actifs de galaxies de forme primitive. Il n'en existe d'ailleurs pratiquement plus dans notre environnement direct, la lumière de la majorité de ceux que nous percevons aujourd'hui nous arrivant d'une époque reculée – située entre 4 et 5 milliards d'années environ après le Big Bang – où ils étaient beaucoup plus abondants. Tant et si bien que les scientifiques pensent maintenant que presque toutes les galaxies ont été des quasars dans le passé et qu'il s'agirait là d'un stade de leur évolution.

Grâce à la mission Gaïa de l'Agence spatiale européenne (Esa), nous en connaissons donc désormais 1,3 million. Ce sont les objets les plus lumineux de l'Univers. Brillant dans toutes les longueurs d'onde, leur éclat peut toutefois présenter de fortes variations, y compris sur de courtes périodes de l'ordre de quelques jours, voire de quelques heures. Les quasars sont donc assez spectaculaires mais leur intérêt est loin de se limiter à cet aspect.

D'abord, ils sont un peu comme des phares dans la nuit pouvant, à la fois, servir de balises pour se repérer dans l'espace lointain et de projecteur mettant en lumière leur environnement proche. Ensuite, de par leur caractère très massif, ils constituent de très bonne loupe gravitationnelle potentielle pour observer des objets célestes encore bien plus lointains. Enfin, ils sont entourés d'énormes halos de matière noire de sorte qu'en les étudiant, les astronomes espèrent en apprendre plus sur cette mystérieuse composante cosmique représentant aujourd'hui plus de 26 % de l'Univers. Alors même que la matière ordinaire dont est fait tout ce qui existe à nos yeux représente moins de 5 % du cosmos.