Noyaux actifs de galaxie

Depuis la découverte des premiers « noyaux actifs de galaxie » en 1943, notre compréhension de ces objets a beaucoup évolué. Leur énergie provient de l’accrétion de gaz par un trou noir super-massif. La diversité apparente des noyaux actifs est due essentiellement à l’inclinaison de leur axe de rotation. La masse des trous noirs est proportionnelle à celle des bulbes des galaxies-hôtes. Les jets relativistes et les différents modes d’accrétion sont liés au spin du trou noir.

Le trou noir supermassif qui se trouve au cœur de notre Voie lactée a une masse modeste de 4 millions de masses solaires. Sa luminosité d’accrétion est étonnamment faible, masquée par l’amas dense d’étoiles brillantes et de géantes rouges qui l’entourent. Cependant, sa proximité compense son activité limitée : aucun autre objet au-delà du système solaire n’a été le sujet d’autant d’études que ce trou noir et son entourage d’étoiles et de gaz.

Les disques d'accrétion sont les lieux où l’énergie libérée par les noyaux actifs est la plus intense. L’image de l’ombre du trou noir de M87 par l’Event Horizon telescope (EHT) a montré la lumière émise par la matière aussi près que possible de l'horizon des événements. La physique des disques d'accrétion autour des trous noirs est fascinante et complexe, et fondamentale pour comprendre l'évolution couplée des galaxies et de leurs trous noirs.

Notre compréhension des noyaux actifs de galaxie (AGN) a beaucoup progressé récemment avec l’image radio de l’ombre du trou noir de M87, et la détection des ondes gravitationnelles lors de la fusion de trous noirs binaires. Les avancées actuelles de l’astronomie gamma de très haute énergie apportent aussi un nouvel éclairage sur les AGN et leurs jets, qui ont été parmi les premières sources cosmiques à être identifiées au téra-électronvolt (TeV).

Les trous noirs super-massifs se forment en symbiose avec leurs galaxies, avec une masse proportionnelle à celle du bulbe. Les observations à haute résolution permettent aujourd’hui de pénétrer dans la sphère d’influence du trou noir, d’apercevoir les tores moléculaires, et de comprendre les processus d’alimentation des trous noirs. Ceux-ci s’accompagnent souvent de processus de rétro-action ou feedback, qui modèrent la formation des galaxies.

La découverte par LIGO-Virgo des ondes gravitationnelles dues à la coalescence de deux trous noirs stellaires annonce une nouvelle révolution avec le lancement de LISA, qui révélera la fusion des trous noirs super-massifs. En permettant la détection des masses de 10 000 à quelques millions de masses solaires, LISA éclairera la formation et la croissance des trous noirs super-massifs à l’origine des quasars, en particulier dans le premier milliard d’années de l’âge de l’Univers.