Jet de quasar silencieux : portrait aux rayons X du jet interne

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Le faisceau d'un projecteur perce le brouillard nocturne. Une partie de la lumière provient de la lampe elle-même, une autre des gouttelettes d'eau qui diffusent cette lumière. Le jet interne du quasar PKS 0637-752 fonctionne de manière similaire, mais au lieu du brouillard, il y a le fond diffus cosmologique, vestige du Big Bang, et au lieu du projecteur, un flux d'électrons se déplaçant presque à la vitesse de la lumière.

Pendant longtemps, on ne comprenait pas pourquoi le faible jet interne, situé à seulement 3,4 à 7 secondes d'arc du noyau, brillait en rayons X. Pour les nœuds externes brillants de ce jet, les limites gamma excluaient en pratique la diffusion Compton inverse du rayonnement fossile : si les électrons rapides cédaient de l'énergie aux photons du fond, les instruments Fermi auraient détecté trop de rayons gamma. Mais la partie interne restait sans modèle détaillé. Les astrophysiciens ont repris les observations d'archives de Chandra de 1999 et 2017, soustrait la contribution du noyau brillant et construit le premier modèle quantitatif de l'émission de cette région.

Le modèle est semblable à un cylindre homogène rempli d'électrons relativistes. Ces particules émettent par rayonnement synchrotron dans le domaine radio en spiralant dans le champ magnétique, et par diffusion Compton dans les rayons X en entrant en collision avec les photons du rayonnement fossile. Les auteurs ont examiné trois scénarios avec différentes énergies maximales pour les électrons. Le premier décrit bien la radio et les rayons X, mais n'explique pas l'émission millimétrique. Le deuxième reproduit les trois domaines, mais prédit trop de rayons gamma. Le troisième scénario est cohérent avec toutes les données si la diffusion Compton inverse ne contribue qu'à environ 22 % du flux en rayons X, le reste étant produit par le rayonnement synchrotron d'une population distincte d'électrons.

Les paramètres obtenus sont les suivants : angle de visée médian de 4 à 6 degrés, facteur de Lorentz de 6 à 10, champ magnétique de 9 à 15 microgauss. Cela signifie que le jet est dirigé presque vers nous, mais pas exactement, et qu'il se déplace à une vitesse énorme. Auparavant, on ne savait pas si la diffusion Compton du rayonnement fossile pouvait expliquer la lueur du faible jet interne, car pour les nœuds externes brillants, ce mécanisme était déjà exclu. Désormais, il est clair que dans la partie interne, un mécanisme hybride est possible, où différentes zones émettent de manière différente.

Le faisceau du projecteur dans le brouillard s'est révélé double : une partie de la lumière est réfléchie par les gouttelettes, une autre naît dans la lampe elle-même. Il en va de même pour le jet interne du quasar : la lueur en rayons X résulte de la diffusion Compton du fond fossile et du rayonnement synchrotron d'une autre population d'électrons. La méthode bayésienne de détermination de l'angle de visée, tenant compte de la sélection Doppler, peut être appliquée à d'autres quasars, et les paramètres obtenus sont utiles pour les modèles d'accélération des particules et le calcul de la puissance cinétique des jets. Il n'y a pas d'application directe aujourd'hui, mais la compréhension de la structure de ces projecteurs cosmiques géants s'éclaircit progressivement.