Détection du signal radio le plus éloigné jamais enregistré

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| ESA/Hubble/PA

Si de nombreux quasars peuplent l’Univers, rares sont ceux qui émettent de puissants rayonnements radio sur de longues distances (environ 10%). Catégorisés comme des quasars radio-forts, ceux-ci constituent généralement des objets d’intérêt pour les astrophysiciens qui tentent de comprendre le mécanisme sous-tendant de telles émissions. Et récemment, une équipe de chercheurs a annoncé avoir détecté l’émission radio la plus éloignée jamais enregistrée. 

Les astronomes ont découvert les signaux radio les plus éloignés à ce jour, ayant parcouru plus de 13 milliards d’années-lumière à travers l’Univers avant d’être capturés par plusieurs observatoires sur Terre. Les signaux proviennent d’un « quasar » extrêmement puissant, un type spécial de noyau galactique qui émet d’énormes quantités de lumière et d’énergie.

Les chercheurs ont observé ce quasar particulier, connu sous le nom de P172+18, tel qu’il était lorsque l’Univers n’avait que 780 millions d’années, soit environ 5% de son âge actuel.

Une équipe codirigée par Eduardo Bañados, astronome à l’Institut Max Planck pour l’astronomie en Allemagne, et Chiara Mazzucchelli, chercheuse à l’Observatoire européen austral (ESO) au Chili, a passé des années à rechercher ces signaux radio extrêmement rares, espérant confirmer qu’ils étaient bien les plus éloignés jamais mesurés.

Enfin, dans la nuit du 12 janvier 2019, les chercheurs ont détecté des observations claires du quasar lointain à l’aide d’un spectrographe du télescope Magellan Baade de l’observatoire Las Campanas au Chili, selon leur étude publiée dans la revue The Astrophysical Journal.

Le quasar radio-fort le plus éloigné jamais détecté

En plus de leurs observations cette nuit-là, l’équipe a confirmé ses découvertes à l’aide de divers télescopes tels que le Very Large Telescope de l’ESO, le Very Large Array de l’Observatoire national de radioastronomie et le télescope Keck. La somme totale de ces observations a révélé que P172+18 contient un trou noir supermassif qui est environ 300 millions de fois plus massif que le Soleil, absorbant la matière à l’un des taux les plus élevés jamais observés à de telles distances.

spectre visible infrarouge quasar p172+18
Spectre optique/infrarouges proches du quasar P172+18. © Eduardo Bañados et al. 2021

P172+18 fait partie d’un groupe extrêmement rare de quasars radio-forts qui existent à la limite de l’espace et du temps. Bien que ce ne soit pas le quasar le plus éloigné jamais observé — le record revient à J0313-1806, qui apparaît environ 100 millions d’années plus tôt dans le temps —, c’est le quasar le plus éloigné qui émet un signal radio si puissant.

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Les astrophysiciens ont longtemps été intrigués par le fait que ces objets existent si tôt dans l’Univers, car les modèles suggèrent qu’il faudrait beaucoup plus de temps pour que ces structures massives évoluent. Une explication postule que les jets de quasar radio, comme ceux de P172+18, agitent le disque gazeux dans le noyau galactique, accélérant la vitesse à laquelle le trou noir absorbe la matière et se développe.

Univers primitif : un cadre peu propice pour les quasars radio-forts

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Pour cette raison, les quasars radio-forts pourraient fournir un modèle d’observation spécial de ce processus énigmatique en action. La raison pour laquelle ces quasars radio-brillants sont si inhabituels n’est pas encore entièrement comprise, mais elle pourrait être liée à l’environnement exotique qui caractérisait l’Univers primitif.

sources radio-fortes redshift
Cartographie de toutes les sources radio-fortes connues situées à un redshift z > 5. Eduardo Bañados et al. 2021

Les jets radio observés à des époques ultérieures sont générés par les interactions des électrons dans les jets avec le fort champ magnétique du quasar : les électrons se refroidissent en raison du contact avec ce champ, un processus qui émet des ondes radio. Dans l’Univers primitif, cependant, l’environnement était plus chaud en raison de la proximité des photons du fond diffus cosmologique (CMB).

Bañados note que les électrons des jets de quasar dans un tel environnement peuvent avoir interagi davantage avec les photons du CMB que les champs magnétiques. Dans ce cas, les modèles suggèrent que le rayonnement de ces interactions apparaîtrait sous forme de rayons X, et non d’émission radio, une possibilité que Bañados et Mazzucchelli exploreront dans un prochain article.

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Sources : The Astrophysical Journal

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