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Pratiquement toutes les galaxies hébergent un trou noir supermassif en leur centre. Ces trous noirs croissent en masse en symbiose avec leur galaxie hôte et modèrent leur formation d’étoiles. Lorsque la matière est entraînée vers le noyau de la galaxie, un disque d’accrétion se forme, où le moment cinétique est transféré vers l’extérieur. Une énergie considérable est libérée lorsque la matière tombe dans le trou noir : c’est le phénomène des noyaux actifs de galaxie (AGN). Un noyau peut briller mille fois plus que la galaxie entière avec ses 200 milliards d’étoiles. L’activité nucléaire peut prendre de nombreuses formes, des quasars très puissants aux galaxies de Seyfert plus ordinaires, en passant par les radio-galaxies, qui peuvent lancer des jets jusqu’à dix fois le rayon de la galaxie.
Noyaux actifs de galaxie examine toutes ces manifestations et présente une vue unifiée des AGN. Lorsque deux galaxies fusionnent, un trou noir binaire se forme et les deux trous noirs spiralent l’un vers l’autre pour fusionner, émettant des ondes gravitationnelles détectables par le futur satellite LISA.
1. Les noyaux actifs de galaxies : un combat entre accrétion et éjection
2. Le trou noir Galactique
3. Disques d’accrétion des AGN
4. Jets relativistes et mécanismes aux très hautes énergies
5. Co-évolution bulbes-trous noirs, alimentation et feedback des AGN
6. Trous noirs binaires dans l’univers des ondes gravitationnelles
Françoise Combes
Françoise Combes est professeur au Collège de France, astrophysicienne à l’Observatoire de Paris et membre de l’Académie des sciences. Ses recherches portent sur la formation et l’évolution des galaxies, leur co-évolution avec les trous noirs supermassifs et les modèles de matière noire.
Chapitre 1
Les noyaux actifs de galaxies : un combat entre accrétion et éjection (pages : 1-65)
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.
Chapitre 2
Le trou noir Galactique (pages : 67-104)
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.
Chapitre 3
Disques d’accrétion des AGN (pages : 105-163)
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.
Chapitre 4
Jets relativistes et mécanismes aux très hautes énergies (pages : 165-246)
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).
Chapitre 5
Co-évolution bulbestrous noirs, alimentation et feedback des AGN (pages : 247-294)
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.
Chapitre 6
Trous noirs binaires dans l’univers des ondes gravitationnelles (pages : 295-322)
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.
