Les disques d'accrétion des quasars sont des structures gazeuses autour de trous noirs supermassifs, où la matière est chauffée à des centaines de milliers de degrés et émet de l'infrarouge aux rayons X. On ne peut pas les observer directement : même pour les quasars les plus proches, le disque occupe un angle de moins d'un millionième de seconde d'arc dans le ciel. Les astronomes utilisent donc des méthodes indirectes, comme le cartographie par réverbération (la réponse de l'émission à la variabilité du centre) et le microlentillage gravitationnel (l'amplification de la lumière par les étoiles de la galaxie lentille). Ces deux méthodes donnent des tailles plusieurs fois supérieures à celles prédites par le modèle classique du disque mince de Shakura et Sunyaev. Cependant, les estimations antérieures par microlentillage reposaient sur des données hétérogènes dans l'ultraviolet et se limitaient aux régions internes du disque, avec un rayon allant jusqu'à cinq jours-lumière. Le travail de Motta et Mediavilla étend les mesures à 14 jours-lumière, en utilisant un ensemble homogène de spectres dans le proche infrarouge.
Les chercheurs ont utilisé les données du télescope spatial Hubble pour sept quasars à lentille gravitationnelle, soit 21 paires d'images au total. Dans les spectres, ils ont isolé les raies d'émission étroites, comme [OIII] à la longueur d'onde de 5007 angströms, qui proviennent d'une région étendue et ne sont pas affectées par le microlentillage. En comparant la luminosité du continuum et de ces raies dans les différentes images, les auteurs ont calculé l'amplitude du microlentillage. Ils ont ensuite modélisé les cartes d'amplification pour les masses stellaires dans la galaxie lentille et les ont convoluées avec des profils gaussiens de disques de tailles différentes. Une analyse bayésienne a permis de déterminer le rayon le plus probable du disque à la longueur d'onde de référence de 5007 Å, et la combinaison avec une mesure antérieure à 1026 Å a donné la pente de la relation « taille—longueur d'onde ».
Le rayon moyen du disque à la longueur d'onde de 5007 Å est de 13.3+2.9−2.7 jours-lumière. C'est trois fois plus grand que ce que prédit le modèle du disque mince. L'exposant de la loi de puissance reliant la taille à la longueur d'onde est de 0.68±0.23. La valeur théorique de 4/3 est rejetée avec un niveau de confiance de 98 % (écart de 2.33 sigma). Ce résultat est cohérent avec les estimations de la cartographie par réverbération, qui donnent p autour de 0.8–0.9, bien que leurs incertitudes soient plus grandes. La courbe de la taille du disque, des rayons X à l'infrarouge, se situe systématiquement au-dessus de la prédiction du disque mince.
Ce travail montre que l'écart avec la théorie du disque mince ne se limite pas aux régions internes, mais persiste à des rayons deux fois plus grands. Cela complique les explications par la contamination de la région des raies larges ou par les vents : tout composant supplémentaire doit contribuer à l'émission des rayons X à l'optique sans perturber l'équilibre énergétique. Parmi les études voisines sur le microlentillage des quasars, cette recherche se distingue par l'utilisation de raies d'émission étroites dans le proche infrarouge, ce qui donne un point zéro plus fiable pour le microlentillage que les cœurs des raies larges. D'autres groupes ont utilisé la cartographie par réverbération ou le microlentillage dans l'ultraviolet, mais sans une telle couverture en longueurs d'onde.
La prochaine étape pourrait être d'étendre l'échantillon de quasars lentillés avec des spectres infrarouges à haute résolution. De nouvelles observations avec le JWST permettront d'obtenir des profils de température encore plus précis et de vérifier si l'écart persiste à des rayons supérieurs à 14 jours-lumière. Les théoriciens devront réviser le modèle du disque mince, peut-être en tenant compte des champs magnétiques, de la turbulence ou de processus non thermiques.
Ces résultats influenceront les modèles de noyaux actifs de galaxies et les estimations des masses des trous noirs supermassifs, qui reposent souvent sur les tailles des disques d'accrétion. Ils sont également importants pour l'interprétation de la variabilité des quasars dans les futurs relevés du ciel.
Il est prévu d'appliquer la même méthode à un plus grand nombre de quasars lentillés et d'ajouter des données dans l'infrarouge moyen. Il faudra également affiner la distribution des masses stellaires dans les galaxies lentilles afin de réduire l'incertitude systématique sur la taille.
Pour l'astrophysique des disques d'accrétion, la question du mécanisme de transfert du moment cinétique et du chauffage de la matière reste ouverte. L'écart du profil de température par rapport à la loi des trois quarts indique que le modèle alpha standard de viscosité est incomplet. Ce résultat est également lié au problème de l'origine des raies d'émission larges et au rôle des vents dans les quasars.
Cette section s'adresse à l'auteur du travail et à ses collègues. Les travaux voisins ont été trouvés par une recherche sémantique dans notre archive, et non par correspondance de mots. Nous n'évaluons pas : nous montrons le champ autour.
Ce que fait ce travail
Les auteurs ont utilisé le microlentillage de sept quasars avec les données de Hubble dans le proche infrarouge, en isolant les raies étroites comme point d'appui pour mesurer l'amplitude. Ils ont obtenu un rayon de disque de 13,3 jours-lumière à 5007 Å, soit trois fois plus grand que la théorie, et une pente de la relation taille-longueur d'onde de 0,68 ± 0,23, rejetant la valeur 4/3 à 98 %.
Où est sa force
L'utilisation des raies d'émission étroites dans le proche infrarouge comme point zéro non microlentillé offre un étalonnage plus fiable, et l'extension à 14 jours-lumière montre que l'écart avec le disque mince persiste à de grands rayons.
Vers où avancer
À essayer
Pourquoi cela peut compter
Si l'écart avec la théorie du disque mince se confirme à de grands rayons et dans différentes bandes spectrales, cela nécessitera de revoir les hypothèses de base sur la structure des disques d'accrétion des quasars, ce qui est important pour comprendre la croissance des trous noirs supermassifs et leur rétroaction avec les galaxies.
Travaux voisins dans notre archive
L'archive est vide autour de ce travail : l'analyse la plus proche n'est qu'à 0.54, contre 0,64 d'ordinaire. Il semble qu'on ait peu foré à côté.
La taille du disque de 13 jours-lumière signifie que la lumière de son côté le plus éloigné met 13 jours de plus à nous parvenir que celle du côté le plus proche. Si un tel disque était placé dans le système solaire, son bord se trouverait bien au-delà de l'orbite de Neptune.