Les scientifiques sont confrontés à un objet comportemental complexe qui échappe aux classifications établies !

Les blazars sont des galaxies actives qui émettent des jets étroits de matière ionisée à partir de leur centre, en direction de la Terre. En fonction des propriétés du rayonnement électromagnétique émis par les jets, les astronomes divisent ces objets en différentes classes clairement définies. Cependant, avec le blazar BL Lacertae, situé au fond de la constellation du Lézard, la situation n'est pas si simple.

Une fois de plus, le cosmos lointain surprend les chercheurs. Jusqu'à présent, il semblait que les blazars - galaxies actives qui émettent des jets de matière vers nous - pouvaient être divisés en groupes bien distincts en fonction du rayonnement électromagnétique qu'ils génèrent. Cette situation, jusqu'alors évidente, est devenue très complexe.

Un blazar particulier

Dans la revue Astronomy & Astrophysics, une équipe germano-polonaise de scientifiques de l'Institut de physique nucléaire de l'Académie polonaise des sciences (IFJ PAN) de Cracovie et de l'Université de Heidelberg (HU) fait état d'observations récentes d'un blazar qui, pour des raisons inconnues, échappe à la classification actuelle.

L'objet connu aujourd'hui sous le nom de BL Lacertae a été découvert en 1929 dans l'arrière-plan de la constellation de Lacerta (Lézard). Dans un premier temps, les astronomes ont considéré qu'il s'agissait d'une des nombreuses étoiles variables de notre galaxie. Cependant, des observations ultérieures ont conduit à une découverte surprenante : ce qui ressemblait à une étoile semblait en fait se trouver à 900 millions d'années-lumière, ce qui signifie qu'il ne pouvait certainement pas s'agir d'une étoile.

Parmi les centaines de milliards de galaxies visibles dans l'univers observable, certaines sont actives. Il s'agit de galaxies dont le noyau émet de grandes quantités de rayonnement électromagnétique, probablement en raison des processus complexes qui se produisent lorsque la matière tombe dans le trou noir supermassif central.

Dans certaines galaxies, d'étroits jets de matière ionisée éjectés à proximité des pôles du trou noir à des distances gigantesques, dépassant même dans les cas extrêmes un million d'années-lumière, constituent un signe spectaculaire d'activité. Si le jet est dirigé vers la Terre, les astronomes appellent la galaxie qui le produit BL Lacertae. BL Lacertae s'est avérée être un objet de ce type.

Les blazars sont intéressants

Les blazars sont intéressants à plus d'un titre, notamment parce que l'orientation des jets et les vitesses énormes de leurs particules, proches de la vitesse de la lumière, entraînent divers effets décrits par la théorie de la relativité. L'émission des blazars est observée à différentes longueurs d'onde électromagnétiques, de la radio aux rayons gamma de très haute énergie, explique le Dr Alicja Wierzcholska (IFJ PAN).

Nous nous concentrons sur l'analyse de l'énergie du rayonnement électromagnétique émis par l'un des plus anciens blazars jamais découverts : BL Lacertae. Pourquoi nous concentrons-nous sur celui-ci en particulier ? En raison de son activité au cours des dernières années et de certaines caractéristiques intéressantes du rayonnement qu'il émet, que nous avions déjà observées lors de sessions d'observation précédentes.

Les observations rapportées ont eu lieu entre 2020 et 2023. Elles ont été réalisées en orbite autour de la Terre avec les instruments du satellite américain Neil Gehrels Swift Observatory ; ce n'est que dans le domaine des rayons X durs qu'elles ont été complétées par les données du télescope spatial NuSTAR.

Outre la gamme des rayons X, qui intéressait le plus les chercheurs germano-polonais, les régions optique et ultraviolette du spectre ont également été enregistrées. En effet, le rayonnement électromagnétique produit par les blazars s'étend de la gamme radio au rayonnement gamma des plus hautes énergies, en passant par les régions optique, ultraviolette et des rayons X.

Classification des blazars

Les blazars sont subdivisés en quasars radio à spectre plat et en objets BL Lacertae (BL Lacs), caractérisés par des raies d'émission plus faibles et nommés d'après le blazar BL Lacertae. Au sein des BL Lacs, une autre division est possible. En fait, les diagrammes montrant le spectre d'énergie complet des blazars ressemblent à des cônes volcaniques : ils présentent deux pics séparés par une dépression en forme d'arc.

Si le « volcan » spectral est décalé du côté de la haute énergie, l'objet BL Lacertae est classé comme HBL (BL Lac avec pic de haute fréquence), s'il est décalé du côté de la basse énergie, comme LBL (BL Lac avec pic de basse fréquence), tandis que les objets avec un décalage intermédiaire sont appelés IBL (BL Lacs intermédiaires).

Les objets de BL Lacertae se prêtent sans équivoque à l'attribution d'un type spécifique. Jusqu'à présent, le blazar BL Lacertae a été considéré comme un représentant de la classe intermédiaire, l'IBL. Nous avons donc été très surpris de constater que, dans le domaine des rayons X, dans certaines phases de la période d'observation, il ressemblait à un HBL, dans d'autres à un LBL, et à d'autres moments, il donnait l'impression, de manière discrète, d'un objet de type IBL. De plus, ces changements se sont produits très rapidement. Il s'agit d'un comportement inhabituel, dont les fondements physiques sont encore inconnus, explique le Dr Wierzcholska, qui ajoute qu'il y a eu d'autres surprises : l'activité en rayons X enregistrée par le blazar s'est avérée être un record dans toute l'histoire de ses observations.

On suppose actuellement que des phénomènes physiques distincts, impliquant différentes populations de particules dans le jet, sont responsables de l'existence des deux pics dans les spectres des blazars. De nombreux astrophysiciens s'accordent à dire que le pic de basse énergie est lié aux électrons et au rayonnement synchrotron qu'ils émettent.

Il n'y a pas de consensus sur le deuxième pic. Il s'agit peut-être aussi d'une conséquence du comportement des électrons. Par exemple, leurs collisions avec des photons de faible énergie, qui entraîneraient une augmentation de l'énergie du photon (ce phénomène est connu sous le nom de diffusion Compton inverse).

Cependant, d'autres hypothèses ont également été proposées, par exemple celles impliquant des hadrons (c'est-à-dire des amas de quarks comme les protons ou les neutrons). Mais pour expliquer le comportement du blazar BL Lacertae , il faudrait mettre en évidence autre chose : non seulement les processus physiques responsables de la formation des deux pics, mais surtout le mécanisme responsable de leur commutation rapide. On peut se risquer à dire qu'avant d'en arriver là, de nombreux astrophysiciens théoriques passeront de nombreuses nuits blanches.

Référence de l'article :

Alicja Wierzcholska et al, Exceptional X-ray activity in BL Lacertae, Astronomy & Astrophysics (2024). DOI: 10.1051/0004-6361/202451349