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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 duspectre 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.