Il existe de nombreuses galaxies dont le comportement sort
de l'ordinaire. Ces galaxies se distinguent par la présence en leur centre d'une région minuscule,
appelée le noyau, dans laquelle une énorme quantité d'énergie est produite par des processus
non nucléaires. Ces entités ont été baptisées galaxies à noyau actif ou simplement galaxies
actives, et elles peuvent être classées en quatre catégories principales : les galaxies de Seyfert,
les radiogalaxies, les blazars et les quasars. Nous allons passer
en revue ces quatre types puis voir comment les astrophysiciens ont réussi à les comprendre
à l'aide d'un modèle unique faisant appel à un trou noir supermassif.
La galaxie elliptique géante Messier 87, située à 50 millions d'années-lumière, possède en son sein un noyau actif. La galaxie elle-même contient surtout de vieilles étoiles relativement froides et semble donc rouge. En bleu apparaît un jet très énergétique d'électrons et autres particules. Ce jet est issu du noyau et émet surtout dans le bleu et l'ultraviolet. Crédit :
NASA/STScI Les galaxies de Seyfert
Dès le début de l'étude des galaxies, des objets qui possédaient des formes inhabituelles furent découverts. En 1943 par exemple, Carl Seyfert présenta un catalogue de galaxies qui avaient l'apparence de spirales normales, mais qui possédaient en leur centre une région extrêmement brillante dont l'éclat pouvait dominer celui de la galaxie tout entière. Depuis cette époque, plusieurs centaines de galaxies de ce type ont été découvertes.
Les images de ces galaxies montrent déjà que la luminosité centrale provient d'une région relativement
petite, mais l'analyse des variations d'éclat va plus loin et prouve que le noyau doit en fait
être minuscule. En effet, l'une des caractéristiques de ces galaxies est la grande variabilité
de l'éclat de leur partie centrale. Cet éclat varie sur des périodes de l'ordre de plusieurs
mois, ce qui nous apporte une information très importante sur la taille de la source. En effet,
pour que les variations soit clairement visibles, il faut qu'elles affectent l'objet dans son
ensemble. Il doit donc y avoir échange d'information entre les différents points du noyau. En
conséquence, puisque toute communication se fait au mieux à la vitesse
de la lumière, la taille de l'objet ne peut pas être supérieure à la distance parcourue
par la lumière en quelques mois. On estime ainsi la taille du noyau à une fraction d'année-lumière,
ce qui est minuscule par rapport à la taille d'une galaxie.
L'un des indices sur la structure des galaxies de Seyfert qui a servi dans l'élaboration d'un
modèle général est l'existence de deux catégories différentes, qui se distinguent par la luminosité
du noyau actif et l'aspect du spectre de
la galaxie. Ainsi, les galaxies de Seyfert de type 1 présentent un noyau très lumineux et leur
spectre contient à la fois des raies larges et fines, alors que les galaxies de Seyfert de type
2 ont une luminosité centrale moins marquée et uniquement des raies fines dans le spectre. Nous
verrons plus loin que la distinction est directement liée à la structure centrale de ces galaxies.
Les radiogalaxies
Les radiogalaxies constituent une deuxième catégorie de galaxies actives, un peu différente
car dans ce cas le noyau central n'est pas spécialement visible. Ces galaxies, toujours elliptiques
et souvent au centre d'un amas, se caractérisent par un rayonnement énorme dans le domaine radio,
10 000 fois supérieur à celui d'une galaxie normale. L'analyse de l'émission radio a
montré qu'il s'agissait d'un rayonnement synchrotron, produit par des électrons extrêmement
énergétiques se déplaçant dans un champ magnétique puissant. Les radioastronomes ont montré
que ce rayonnement provient de deux régions gigantesques, appelées les lobes radio, situées
de part et d'autre du plan galactique et qui donnent ainsi une structure double à la source.
Ces lobes sont en général 10 fois plus grands que la galaxie elle-même et peuvent parfois atteindre
plusieurs mégaparsecs. Ils apparaissent toujours reliés au noyau de la galaxie par des filaments
ou des jets de matière. Ces jets, perpendiculaires au plan galactique, sont liés aux électrons
qui sont éjectés du noyau et donnent naissance aux lobes radio.
Les blazars
La troisième catégorie de galaxies actives est celle des blazars ou objets BL Lacertae. Ces
objets apparaissent ponctuels, très brillants et fortement variables, leur luminosité pouvant
varier d'un facteur 100 sur des temps très courts, de l'ordre de quelques semaines. Une étude
détaillée des blazars dans le domaine radio a montré que ces objets étranges sont probablement
un cas particulier de radiogalaxies. Leur aspect particulier provient simplement du fait que
la Terre se trouve juste dans l'axe des jets et des lobes radio. Cette explication est confirmée
par l'observation de jets qui semble se déplacer plus vite que la lumière, une sorte d'illusion
d'optique d'origine relativiste, qui ne peut se produire que si les mouvements de matière se
produisent le long de notre ligne de visée. Le lien entre blazars et radiogalaxies a été confirmé
par des observations à haute résolution qui
ont montré que les blazars se trouvent au centre de galaxies elliptiques comme les radiogalaxies.
