Olivier LAURENT Association d'astronomie Véga - Plaisir (78) 26 avril 2019 - Véga

Olivier LAURENT
Association d’astronomie Véga – Plaisir (78)
 26 avril 2019

Modèle de noyau actif de galaxies

La galaxie M87
 Messier 87 (aussi dénommée M87, NGC 4486, ou
 radiogalaxie Virgo A) est une galaxie elliptique
 supergéante de 1000 milliards d’étoiles.

 Elle a été découverte en 1781 par l'astronome français
 Charles Messier.

 Située à 16,4 ± 0,5 Mpc (∼53,5 millions d'a.l.) de la
 Terre, c'est la plus grande et la plus lumineuse des
 galaxies de l'amas de la Vierge.

 En son cœur, elle possède un trou noir supermassif qui
 constitue l'élément principal d'un noyau galactique
 actif, une forte source de rayonnement dans toutes les
 longueurs d'onde particulièrement de micro-ondes.
 Un jet de plasma énergétique émerge du cœur et
 s'étend sur au moins 5 000 années-lumière.

M87 : Noyau et jet

M87 : Noyau et jet

M87 : Noyau et jet

Le noyau de M87
 N

 E

Rayon du trou noir : 20 milliards de km

Soleil-Pluton : 6 milliards de km

Soleil-Voyager : 22 milliards de km

Le diamètre de l’ombre = 2.6 x diamètre du trou noir
L’ombre correspond au trou noir jusqu’à 1 et dans une bande entre 1 et 2.6 à la face arrière du trou noir,
 puis face avant, et ainsi de suite jusqu’à l’infini.
L’ombre correspond à l’intégralité de l’horizon du trou noir répliquée une infinité de fois jusqu’au bord de l’ombre
 dans des bandes de plus en plus fines.

 2 
 = 5.2 ∗ = 2.6 ∗ = 2.6 ∗
 2 2 

Les différentes régions pour un trou noir statique
 (diamètres exprimés en microarcsec)
 Horizon des événements : 15.2 as
 = 20 ∗ 109 km
Sphère de photons : 22.8 as
 1.5 

 Effet de lentille gravitationnelle

Anneau de photons observé : 42 as ISCO Innermost stable circular orbit : 45,6 as
Anneau de photons théorique : 39.5 as 3 
 2.6 
 ( . )
 = = 
 ( )
 50 as

L'effet de collimation relativiste Doppler (Doppler beaming)

 3C 319 M87

L'effet de focalisation relativiste Doppler (Doppler beaming)

L’effet « Doppler beaming » est le processus par lequel les effets relativistes modifient la
luminosité apparente de la matière émettrice qui se déplace à des vitesses proches de la
vitesse de la lumière.

Dans un contexte astronomique, les faisceaux relativistes se produisent généralement dans
deux jets de plasma relativistes dirigés de manière opposée provenant d'un objet compact
central accrétant de la matière.

Des objets compacts accrétant et des jets relativistes sont invoqués pour expliquer les
phénomènes observés suivants:

• binaires X
• sursauts gamma
• les noyaux galactiques actifs (AGN)
• les quasars sont également associés à un objet compact accrétant, mais on pense qu’ils ne
 sont qu’une variété particulière d’AGN.

L'effet de focalisation relativiste Doppler (Doppler beaming)

Les objets en mouvement relativiste rayonnent plus d’énergie dans la direction du
mouvement en raison de divers effets physiques.

L'aberration lumineuse provoque l'émission de la plupart des photons dans la direction du
mouvement de l'objet.

L'effet Doppler modifie l'énergie des photons en les déplaçant vers le bleu si la source se
rapproche ou vers le rouge si la source s’éloigne de l’observateur.

Enfin, les intervalles de temps mesurés par les horloges qui se déplacent avec l'objet
émetteur sont différents de ceux mesurés par un observateur sur Terre en raison des effets
de dilatation du temps et d'arrivée du photon.

La manière dont tous ces effets modifient la luminosité ou la luminosité apparente d'un
objet en mouvement est déterminée par l'équation décrivant l'effet Doppler relativiste
(c'est pourquoi cette focalisation relativiste est également appelée effet Doppler relativiste).

Aberration de la lumière classique et relativiste
 James Bradley découvrit le phénomène en 1725.

 • Il fournit ainsi la première confirmation scientifique de
 la rotation de la Terre autour du Soleil par l'observation
 des étoiles.

 • Il calcula et confirma la vitesse de la lumière estimée
 avec les observations de Rømer par Christiaan Huygens.

 classique

 relativiste

L’émission synchrotron du plasma provient du disque d’accrétion proche du trou noir.
 Le sens de rotation de cette région est contrôlé par la rotation du trou noir et non par la rotation de son
disque. Les observations indiquent que l’axe de rotation du trou noir pointe dans la direction opposée à la
 terre.

Rotation du disque

Rotation du trou noir

Disque d’accrétion géométriquement épais et optiquement mince
 versus
Disque d’accrétion géométriquement mince et optiquement épais

Disque d’accrétion autour d’un trou noir galactique
Disque géométriquement épais et optiquement mince

Modélisation de Jean-Pierre Luminet (1979-1991)
 Trou noir sphérique entouré d’un disque d’accrétion géométriquement mince
 et optiquement épais
 1979 1991

 Anneau de lumière

 Shadow
ISCO