Un quasar (source de rayonnement quasi-stellaire, en anglais, ou plus récemment « source de rayonnement astronomique quasi-stellaire », ) est un trou noir supermassif au centre d'une région extrêmement lumineuse (noyau actif de galaxie). Les quasars sont les entités les plus lumineuses de l'Univers. Bien qu'il y ait d'abord eu une certaine controverse sur la nature de ces objets, jusqu'au début des , il existe maintenant un consensus scientifique selon lequel un quasar est typiquement la région compacte entourant un trou noir supermassif au centre d'une galaxie massive. Leur taille est de le rayon de Schwarzschild du trou noir et leur émission d'énergie provient de la zone du disque d'accrétion qui l'entoure.
Présentation vignette|redresse|gauche|Image du quasar PKS 1127-145, du télescope spatial Chandra de la NASA. À travers les télescopes optiques, la plupart des quasars ressemblent à de petits points lumineux, bien que certains soient vus comme étant les centres de galaxies actives (et abrégés AGN, pour ). La majorité des quasars sont beaucoup trop éloignés pour être vus avec de petits télescopes, mais , d'une magnitude apparente (ou relative) de 12,9 et situé à d'années-lumière de la Terre, est une exception.
Certains quasars présentent de rapides changements de luminosité, ce qui implique une relation avec leur taille (un objet ne peut pas changer de luminosité plus vite que le temps qu’il faut à la lumière pour voyager d’un bout à l'autreVoir l'article sur le quasar J1819+3845 pour une autre explication). Le quasar ULAS J1120+0641, observé en 2011., est longtemps resté le plus lointain jamais détecté, à (donc à environ d'années-lumière de la Terre). Fin 2017 est annoncée l'observation du quasar ULAS J1342+0928, à ; ce quasar a une luminosité bolométrique de et est interprété comme un trou noir de ..
On pense que les quasars gagnent en puissance par l’accrétion de matière autour des trous noirs supermassifs qui se trouvent dans le noyau de ces galaxies, faisant des « versions lumineuses » de ces objets connus comme des galaxies actives. Aucun autre mécanisme ne paraît capable d’expliquer les immenses énergies libérées, et leur rapide variabilité.
Un phénomène encore inexpliqué à ce jour autour des quasars est que certaines galaxies « relativement tranquilles » semblent passer tout à coup au stade de quasars, en quelques mois à peine..
Étymologie Le substantif masculinEntrée du [consulté le ]. (consulté le ).Entrée des Dictionnaires de français [en ligne], sur le site des éditions Larousse [consulté le ]. quasar est un emprunt à l'anglais américain () [consulté le ]. , un substantif Entrée du Dictionnaire bilingue anglais – français [en ligne], sur le site des éditions Larousse [consulté le ]. de même sens, attesté en () [consulté le ]. dans l’ (consulté le ).. Sa plus ancienne occurrence connue [consulté le ]. [consulté le ]. se trouve dans un article de l'astrophysicien sino-américain relatif à l'effondrement gravitationnel et paru dans la revue en .. C'est un mot-valise., contraction Entrée (notice d'autorité ) de l’ de l' [consulté le ]. de l'adjectif () [consulté le ]. (« quasi-stellaire »), abréviation de () par adjonction de à .
En français, le mot quasar est employé dès Entrée de la Base historique du vocabulaire français, sur le site du Centre national de ressources textuelles et lexicales [consulté le ]., avec sa première occurrence publique connue dans « Les monstres du Cosmos », un article de Pierre-Charles Pathé paru dans Le Nouvel Observateur le [consulté le ]..
Structure vignette| Un quasar est composé de trois grandes parties principales : le trou noir supermassif, comportant la quasi-totalité de la masse du quasar (de quelques millions à quelques dizaines de milliards de fois la masse du Soleil.). Il est également le centre de masse du quasar ; le disque d'accrétion, qui est le disque formé par la matière qui est entrainée dans une chute vers la surface du trou noir. La force de friction engendrée par le frottement des gaz et de la matière dans ce disque y engendre une très forte élévation de température. ; des jets de gaz sont toutefois expulsés du disque d'accrétion, soumis aux lignes de champ magnétique de l'environnement du trou noir, atteignant des vitesses approchant celle de la lumière.
Propriétés Le plus grand catalogue recense, en 2006, , J. Souchay, A. H. Andrei, C. Barache, S. Bouquillon, A.-M. Gontier, S. B. Lambert, C. Le Poncin-Lafitte, F.Taris, E. F. Arias, D. Suchet et M. Baudin, 2006, . (listes de quasars). Tous les spectres observés montrent des décalages vers le rouge allant de 0,06 à 6,4, indiquant selon la loi de Karlsson que ces quasars se situent à de très grandes distances de nous, le plus proche de nous étant à et le plus éloigné étant à , aux limites de l’univers observable« Astronomie : découverte d’un quasar, objet le plus brillant de l'Univers jeune », , .
Quoique faibles quand ils sont observés optiquement, les quasars sont les objets les plus brillants connus dans l’Univers. Le quasar qui apparaît le plus brillant dans notre ciel est , dans la constellation de la Vierge. Il a une magnitude apparente d’environ 12,9 (assez brillant pour être vu avec un petit télescope) mais sa magnitude absolue est de −26,7. Cela veut dire qu’à une distance de (), cet objet luirait dans le ciel aussi fortement que le Soleil. La luminosité de ce quasar est donc plus forte que celle du Soleil, ou environ plus forte que la lumière totale d’une galaxie géante, telle que la Voie lactée.
vignette|Vue artistique de l'ESO du quasar . Le quasar super-lumineux APM 08279+5255 avait, lorsqu’on l'a découvert en 1998, une magnitude absolue de −32,2, quoique les images à haute résolution des télescopes Hubble et Keck révèlent que ce système est gravitationnellement grossi. Une étude du grossissement gravitationnel dans ce système suggère qu'il a été amplifié par un facteur d’environ 10. Cela est encore beaucoup plus lumineux que les quasars tout proches tels que . On pensait que HS 1946+7658 avait une magnitude absolue de −30,3, mais lui aussi était mis en valeur par l’effet de grossissement gravitationnel.
Les quasars varient en luminosité sur différentes échelles de temps. Certains varient en luminosité tous les , semaines, jours ou heures. Cette découverte a permis aux scientifiques de théoriser que les quasars génèrent et émettent leur énergie dans une petite région. Ainsi, un quasar dont la luminosité varie sur une échelle de temps de quelques semaines ne peut être plus grand que quelques semaines-lumière.
Les quasars montrent beaucoup de propriétés comparables à celles des galaxies actives : le rayonnement est non-thermique et quelques-uns ont des jets et des lobes comme ceux des radiogalaxies. Les quasars peuvent être observés sur de nombreuses régions du spectre électromagnétique : les ondes radio, les infrarouges, la lumière visible, les ultraviolets, les rayons X et même les rayons gamma.
La plupart des quasars sont les plus brillants dans le domaine du proche ultraviolet (, ce qui correspond à la raie d'émission Lyman-α de l'hydrogène) dans leur référentiel propre, mais à cause des décalages vers le rouge considérables de ces sources, le pic de luminosité a été observé aussi loin que , soit dans le très proche infrarouge.
Les quasars peuvent montrer des raies d’émission très fortes provenant du fer ionisé, tel que .
Génération d'émission vignette|Image en lumière infrarouge (convertie en fausses couleurs) d’un « tandem quasar-supernova », présentant la plus lumineuse des explosions jamais observées dans ce type de combinaison. vignette|redresse|gauche|Quasar PG 0052+251 prise par le télescope spatial Hubble.
Comme les quasars montrent des propriétés communes à toutes les galaxies actives, beaucoup de scientifiques ont comparé les émissions des quasars à celles de petites galaxies actives. La meilleure explication pour les quasars est qu’ils deviennent grâce aux trous noirs supermassifs. Pour créer une luminosité de (la brillance typique d'un quasar), un trou noir supermassif devrait convertir chaque année en énergie la matière équivalant à celle de dix étoiles, et les quasars les plus brillants sont réputés dévorer de matière par an. On pense que les quasars peuvent s’allumer ou s’éteindre selon l'état de leur environnement, là où ils puisent de la matière. La conséquence serait donc qu’un quasar ne pourrait, par exemple, continuer de se nourrir à son rythme pendant dix milliards d'années, ce qui expliquerait pourquoi il n’y a aucun quasar près de la Voie lactée. Lorsqu’un quasar a terminé d’avaler du gaz, de la poussière, des étoiles et des planètes, il deviendrait une galaxie plus calme, ordinaire.
Les quasars fournissent également des indices quant à la fin de la réionisation du . Les plus vieux quasars () montrent une onde Gunn-Peterson et des régions d’absorption autour d'eux, indiquant que le milieu intergalactique était fait de gaz neutre, à ce moment-là. Des quasars plus récents montrent qu’ils n’ont aucune région d’absorption électromagnétique, mais plutôt des spectres d'émission contenant une zone avec un pic connu sous le nom de forêt Lyman-α. Cela indique que l’espace intergalactique a subi une réionisation dans le plasma, et que le gaz neutre existe seulement sous la forme de petits nuages.
Les quasars montrent des traces d’éléments plus lourds que l'hélium. Cela indique que ces galaxies ont subi une importante phase de formation d’étoiles, créant une d'étoile, dans la période entre l'époque du et l’observation des premiers quasars. La lumière de ces étoiles a pu être observée grâce au télescope spatial Spitzer de la NASA. Fin 2005, cette interprétation demande encore à être confirmée.
Historique vignette|Vue artistique de la NASA du quasar-blazar hyper-lumineux et trou noir supermassif TON 618, et de son disque d'accrétion (le trou noir supermassif le plus massif connu à ce jour). vignette|redresse|Photographie du quasar , prise par le télescope spatial Hubble. Les premiers quasars furent découverts avec des radiotélescopes vers la fin des années 1950. Beaucoup furent enregistrés comme des sources radio sans objet visible associé. En utilisant de petits télescopes et le télescope Lovell comme interféromètre, on a remarqué qu’ils avaient une très petite taille angulaire. Des centaines de ces objets ont été répertoriés dès 1960 et répertoriés dans le . En 1960, la source radio fut finalement reliée à un objet optique. Les astronomes détectèrent ce qui paraissait être une pâle étoile bleue à l’endroit des sources radios, et purent mesurer son spectre. Contenant énormément de raies d’émission inconnues — le spectre irrégulier défiait toute interprétation — la revendication de John Bolton parlant d’un grand décalage vers le rouge ne fut pas alors acceptée.
En 1962, une percée fut accomplie. Une autre source radio, , allait subir cinq occultations par la Lune. Les mesures effectuées par Cyril Hazard et John Bolton, durant une occultation, en utilisant le radiotélescope de Parkes, permirent à Maarten Schmidt d’identifier l’objet du point de vue optique. Il obtint un spectre optique en utilisant le télescope Hale () du mont Palomar en Californie. Ce spectre révéla les mêmes raies d’émission étranges. Schmidt réalisa alors que c’étaient les raies de l’hydrogène décalées vers le rouge de 15,8 %. Cette découverte majeure démontra que s’éloignait de nous à la vitesse de . La découverte révolutionna l’observation des quasars, et permit à d’autres astronomes de trouver des spectres électromagnétiques décalés vers le rouge de signaux provenant d’autres sources radio. Comme Bolton l'avait prédit plus tôt, s’avéra avoir un décalage vers le rouge équivalent à une vitesse d'éloignement égale à 37 % de la vitesse de la lumière.