Un filtre autour du trou noir contrôle les raies brillantes ✛ ✎
Au centre de nombreuses galaxies se cachent des trous noirs supermassifs — de véritables monstres dont la masse va de millions à des milliards de soleils. Leur existence est décrite par les solutions de Karl Schwarzschild. Lorsque la matière tombe dans le trou, elle s'échauffe dans le disque et fait parfois briller les nuages de gaz environnants, créant dans le spectre des raies larges et brillantes — par exemple, la série découverte par Johann Jakob Balmer. Mais un fait surprenant : ces raies disparaissent non seulement lorsque le trou est alimenté faiblement, mais aussi lorsque le gaz est trop abondant. La logique habituelle « plus de nourriture — plus de lumière » ne fonctionne pas ici.
Il s'avère que dans les noyaux de galaxies, un mécanisme similaire opère. Le rayonnement du trou noir, capable d'ioniser l'hydrogène et l'hélium, doit traverser la région interne dense du disque. Ce « filtre » ne laisse passer qu'une fraction des photons, et sa transparence chute brusquement avec l'augmentation de l'activité. Lorsque la matière tombe lentement, les photons sont trop peu nombreux. En cas d'accrétion modérée, le flux est optimal — les raies brillent intensément. Mais dès que l'on franchit un certain seuil, le disque devient presque opaque au rayonnement nécessaire : les raies s'éteignent, alors que le trou noir lui-même flamboie. Ce scénario explique à la fois les mystérieux « quasars à raies faibles » et l'ancien effet Baldwin — plus le quasar est puissant, plus ses raies sont faibles.
Cette découverte nous oblige à revoir la façon dont nous estimons les masses des trous noirs. Auparavant, on se basait sur la luminosité du continuum, mais si le filtre « dévore » le rayonnement ionisant, les anciennes relations donnent des erreurs. Les nouveaux calculs prédisent comment la force des raies est liée à la faiblesse en rayons X, et cela peut être vérifié avec les télescopes James Webb et Hubble. De plus, en raison des distances énormes et de la vitesse de la lumière finie, nous voyons différentes régions avec un délai, ce qui permettra à l'avenir de construire une « tomographie » tridimensionnelle des parties centrales des quasars — un peu comme Edwin Hubble a autrefois découvert le monde des galaxies à travers leurs spectres.
Pour allumer la raie de l'hydrogène dans un quasar, il faut une avalanche de 300 millions de milliards de photons ionisants chaque seconde sur chaque centimètre carré — c'est des milliards de fois plus puissant que l'ultraviolet solaire reçu sur Terre.