Les quasars et autres galaxies à noyau actif

Interprétations des mesures (VI)

Dès la publication des résultats d'Halton Arp, les astronomes ont focalisé tous leurs efforts dans l'analyse détaillée de ses travaux. Personnellement, je n'ai pas hésité non plus en collaboration avec l’astronome Dave Latham de l’Université d’Harvard d’essayer d'éclaircir cette énigme en répétant ses mesures.

Les observations de Arp suscitent plusieurs commentaires. D'ores et déjà il s'avère que certains chiffres publiés par Arp dans l'Astrophysical Journal et dans son célèbre ouvrage sont inexacts. Il est encore plus difficile de retrouver les objets extragalactiques sur lesquels il a fondé sa théorie. Par certains côtés, il semblerait qu'il ait choisi des objets ad hoc pour conforter son interprétation. Cette méthode de travail nous laisse perplexe et nous prendrons le temps de l’analyser dans le dossier référencé ci-dessus.

A gauche aspect du couple NGC 4319 - Mrk 205 photographié par D.Strange avec un télescope de 500mm f/5. Compositage de 3 images CCD exposées 80 secondes chacune. A droite l'image corrigée sur ordinateur avec le logiciel IRIS de Christian Buil montre clairement le pont lumineux qui semble relier les deux objets. Document T.Lombry basé sur une photographie de D.Strange.

Un résultat très intéressant fut obtenu à propos de l'association présumée du couple le plus controversé, formé par la galaxie NGC 4319 (Z=0.006) et le quasar Mrk 205 (Z=0.07) dans la constellation du Dragon qui sont séparés l'un de l'autre de 40". D.Bowen[33] découvrit qu'il n'existait aucune trace d'absorption interstellaire de la galaxie située à l'avant-plan dans le spectre du quasar. Les raies d'absorption du calcium et du sodium étaient absentes de Mrk 205. Pourtant ces deux éléments sont communs dans le halo de la Voie Lactée et sont présents dans le milieu interstellaire, se manifestant lorsque le milieu est ionisé par l'explosion des supernovae extragalactiques. Ce phénomène est d'autant plus surprenant que J.Silk[34] avait démontré que plusieurs quasars présentaient des raies d'absorption provoquées par l'association optique avec des galaxies situées à l'avant-plan. 

Simon Morris[35] de l'Université d'Oxford démontra que le même phénomène s'appliquait à l'association de 3C273 avec les galaxies de l'amas de la Vierge. On retrouvait une corrélation entre les raies Lyman-a du spectre UV du quasar et les galaxies situées à l'avant-plan. 

Un autre argument opposé à la thèse d'Halton Arp est le fait que les quasars d'amas ne présentent pas le même décalage Doppler que les galaxies voisines. Ainsi que nous le verrons de façon détaillée en étudiant l'ouvrage de Arp, des équipes d'astronomes ont systématiquement analysé les régions extragalactiques éloignées du plan de la Voie Lactée à partir des données extraites du catalogue de la NASA Extragalactic Database (NED). En divisant le ciel en zones de 3° autour de chaque amas de galaxies, les astronomes ont répertorié tous les quasars existants endéans des limites bien précises. Ils découvrirent une corrélation entre les amas de galaxies et la distribution des quasars.

Distribution des radiosources plus brillantes que 2 Jy à 11 cm (2.7Ghz) basée sur le catalogue Wall et Peacock. Leur intensité est indiquée en notation logarithmique pour éviter que Cygnus A n'envahisse toute l'image. Document extrait de MNRAS, 216, 173.

L'amas du Sculpteur par exemple, contient 179 objets extragalactiques dans un champ de 3° de diamètre, dont 52 quasars. Situé aux alentours de -80° de latitude sur le plan galactique, cette région se situe pratiquement à la perpendiculaire de la Voie Lactée et est exempte d'absorption provoquée par les nuages de poussière galactique. Cette région est l'une des plus denses. L'amas de Hercule qui rassemble 499 objets ne contient que 27 quasars. Ophiuchus n'en contient que 2. La corrélation entre la distribution des amas galactiques et les quasars indique que le décalage Doppler moyen des galaxies d'amas est en général beaucoup plus faible que celui des quasars présents dans ces groupes. Ce phénomène est à son tour en contradiction avec la théorie, car la plupart des quasars situés au sein des amas devraient présenter le même décalage Doppler que ceux-ci.

Quant à la coupure au-delà de Z = 2, aujourd'hui l'analyse de la répartition des quasars est suffisamment complète pour tenter d'expliquer raisonnablement la quasi absence de quasars aux redshifts de 3 et 4. Il faut toutefois reconnaître que les corrections de cette coupure dépendent des modèles. Puisque les autres objets suivent la loi de Hubble et sachant qu'il existe une corrélation entre les quasars et les galaxies de Seyfert de type 1, il y a tout lieu de croire que les quasars anormaux de Arp suivent également la loi de Hubble.

Concernant les présumées éjections de matière et leurs relations avec les décalages spectraux “anormaux”, selon l'astrophysicien Trinh Xuan Thuan[36] "le point faible [de la théorie de Arp] est l'absence générale de décalage vers le bleu". En effet, dans une éjection de matière il n'y a pas de direction privilégiée. Il y a autant de chance pour que la matière soit éjectée dans notre direction, en produisant une compression du front d'ondes et un décalage de la lumière vers le bleu. Jusqu'à ce jour de tels décalages n'existent pas dans les clichés de Arp.

Le quatrième phénomène controversé est l'effet de lentille gravitationnel, phénomène prédit par la théorie d'Einstein longtemps avant sa découverte. La célèbre "Croix d'Einstein" G2237+0305 découverte par John Huchra en 1984 représente une galaxie spirale barrée ordinaire dont le noyau contient quatre images distinctes d'un quasar distant en plus du noyau. Ces quatre images du quasar sont corrélées entre elles et présentent des spectres de raies identiques. Elles sont aussi associées à un effet de micro-lensing provoqué par des étoiles individuelles.

La croix d'Einstein La croix d'Einstein G2237+0305 est constituée de cinq images d'un seul objet distant. Cette galaxie de 15e magnitude présente un redshift Z=0.0394 et Z=1.695, preuve qu'elle est bien constituée de deux objets situés à des distances différentes. Document WIYN.

Certains astronomes, tel Tom Van Flandern directeur du centre META Research considère que la masse déviante doit être une petite galaxie de moins de 2 Kpc d'envergure. Mais sa trop faible masse ne peut pas expliquer la disposition des images que nous observons. Or des études comparatives de la dynamique des noyaux des galaxies[37] et les analyses des images du Télescope Spatial Hubble[38] donnent une masse de 1.08 x 10¹⁰ M_¤ pour le noyau délimité dans une région de 500 pc au centre de la galaxie. Ce phénomène est donc bien provoqué par une seule masse importante située entre le quasar et la galaxie qui incurve les rayons lumineux qui passent à proximité d'elle ou la traverse.

Toutes ces observations signifient que dans de tels systèmes, la géométrie de l'image déformée du quasar requiert une séparation assez grande entre les objets[39]. Ceci ajoute une preuve de plus à la théorie selon laquelle les quasars sont bien situés à leur distance cosmologique, les ponts de matière n'étant probablement que des effets optiques.

Aujourd'hui, la plupart des astronomes évitent le sujet et s'orientent vers des recherches plus "conventionnelles". Rappelons cependant que l'étude de ce sujet est rendue très difficile par la faible luminosité de ces ponts. Espérons qu'à l'avenir de nouveaux outils permettront de mesurer avec précision la vitesse tout le long de ces ponts de matière.

Le débat reste néanmoins ouvert, en particulier dans l'esprit de l'astrophysicien Geoffrey Burbidge qui déclara ouvertement dans le magazine de vulgarisation Sky & Telescope[40] ne pouvoir accepter cette mise à l'écart d'un scientifique. Mais depuis cette date, Arp trouva d'autres sujets d'études "explosifs" : les éjections de matière à partir des étoiles et des galaxies.

Nous discuterons plus en détails de cette attitude scientifique dans le dossier consacré à la philosophie des sciences car elle met en exergue la méthode de travail des chercheurs et la position de la science dite normale vis-à-vis de l’anticonformisme et des théories alternatives.

A consulter :

A propos des travaux d'Halton Arp

Retour aux Notions d'astronomie