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Blazar Ne doit pas être confondu avec Pulsar, Quasar, Microquasar ou Quasi-étoile.  Un blazar (en anglais : blazing quasi-stellar radiosource, que l'on peut traduire par « source radio éclatante quasi stellaire ») est, en astronomie, un quasar très compact dont le jet astrophysique est fortement aligné avec la ligne de visée de la Terre. Le premier blazar découvert est BL Lacertae, identifié initialement comme une étoile variable irrégulière en 1929 par Cuno Hoffmeister, un astronome allemand spécialisé dans l'observation des étoiles variables. Ce n'est qu'en 1974 que la nature extragalactique de l'objet fut mise en évidence, après que John Oke et James Gunn aient estimé son décalage vers le rouge à 0,07, révélant qu’il était situé à ∼ 900 millions d'a.l. (∼ 276 Mpc)[1]. DéfinitionUn blazar est une sous-catégorie des noyaux actifs de galaxie, caractérisée par une structure compacte et l’émission d’un jet astrophysique fortement orienté vers la Terre. Cette orientation particulière amplifie fortement le rayonnement observé en raison de l’effet Doppler relativiste, rendant ces objets parmi les plus intrinsèquement brillants du ciel à travers l'ensemble du spectre électromagnétique[2]. Ils appartiennent à la classe des quasars radio-loud, c'est-à-dire des noyaux actifs possédant des jets détectables via les ondes radio, et se divisent principalement en deux sous-catégories :
DécouverteLe terme "blazar", provenant de blazing quasi-stellar radiosource, a été introduit en 1978 par l’astronome américain Edward Spiegel et proposée pour regrouper les objets BL Lacertae et les quasars variables optiquement violents, deux classes d’AGN présentant des caractéristiques d’émission extrême[3]. Le premier blazar observé en tant que tel fut BL Lacertae, qui a été pris alors à tort pour une étoile variable par l'astronome allemand Cuno Hoffmeister en 1929, et a reçu en conséquence une désignation d'étoile variable. Puis en 1968, l'astronome John Smith fait le lien entre BL Lacertae et la source de rayonnement radio VRO 42.22.01, et met en évidence que la radiosource est entourée par une galaxie très diffuse. En 1974, John Oke et James Gunn établissent son décalage vers le rouge à 0,07, montrant qu'il ne s'agit pas d'une étoile mais bien d'une source extragalactique[4]. Propriétés spectralesDepuis 1929, et la découverte de BL Lacertae, il est admis que le blazars présentent des propriétés d'observation extrêmes, telles qu'une variabilité multi-longueur d'onde rapide et forte, une polarisation élevée et variable, des émissions de rayons γ fortes et variables ainsi qu'un mouvement supraluminique apparent aux fréquences radio. Ces propriétés d'observation sont caractéristiques du jet relativiste, qui pointe vers l'observateur. Les blazars émettent un rayonnement, à dominance non thermique, sur tout le spectre électromagnétique. Une distribution spectrale d'énergie classique d'un blazar affiche un spectre dominé par deux émissions bien distinctes. La première, de faible énergie, s'étend dans la gamme des ondes radio aux rayons X mous et est attribuée au rayonnement synchrotron des électrons relativistes dans le jet. La deuxième, de plus haute énergie, qui culmine aux longueurs d'onde X durs et γ, a une origine plus diverse. Il est admis que le rayonnement de haute énergie est produit par la diffusion Compton inverse[5]. Cependant, certains modèles montrent qu’il existe d'autres mécanismes qui pourraient également contribué à ce rayonnement :
Production de neutrinosLa production de neutrinos dans les blazars est principalement due aux interactions hadroniques impliquant des protons ou des noyaux énergétiques accélérés dans les jets relativistes. Deux mécanismes principaux peuvent être responsables de cette production :
Ainsi, la production de neutrinos dans les blazars est une conséquence directe des interactions entre protons énergétiques et photons ou protons. La détection de neutrinos par IceCube, comme pour le blazar TXS 0506+056, soutient l'idée que certains blazars pourraient être des sources de neutrinos de haute énergie et contribuer aux rayons cosmiques ultra-énergétiques[7]. VariationLes variations observées dans les blazars sont dues à plusieurs phénomènes physiques liés à la dynamique du jet relativiste et aux propriétés du trou noir supermassif. Ces variations se produisent à différentes échelles de temps (minutes, heures, jours à plusieurs années) et sur l'ensemble du spectre électromagnétique. Turbulence et instabilités magnétiques dans le jetLe jet relativiste d’un objet BL Lacertae est un milieu dynamique soumis à d’importantes turbulences et instabilités magnétiques, qui jouent un rôle majeur dans les variations de luminosité observées. Ces jets sont alimentés par la matière tombant vers le trou noir supermassif central, laquelle est ensuite accélérée à des vitesses relativistes le long des lignes de champ magnétique. Cependant, cette accélération ne se fait pas de manière uniforme : des variations dans l’injection de plasma, causées par des irrégularités du disque d’accrétion, modifient périodiquement la densité des électrons relativistes dans le jet. Lorsque ces électrons se déplace en spirales autour des lignes de champ magnétique, ils produisent une émission synchrotron dont l’intensité dépend directement de la densité du plasma et de l’intensité du champ magnétique, créant une variabilité[8]. Le jet peut également subir des instabilités magnétohydrodynamiques, qui peuvent tordre les lignes de champ et provoquer des reconnexions magnétiques, libérant ainsi de grandes quantités d’énergie sous forme de sursauts de lumière[9],[10]. Un autre phénomène amplifiant la variabilité est la formation d’ondes de choc internes : lorsque différentes régions du jet se déplacent à des vitesses légèrement différentes, elles entrent en collision et génèrent des fronts de choc qui accélèrent les électrons présent dans le jet, augmentant temporairement la luminosité[11]. Orientation et effet Doppler relativisteLes objets BL Lac sont des blazars, ce qui signifie que leur jet relativiste est presque aligné avec la ligne de visée de la Terre. Cette orientation particulière induit un effet Doppler relativiste, qui amplifie considérablement la luminosité observée tout en raccourcissant les échelles de temps des variations. En effet, les électrons relativistes du jet émettent principalement dans la direction de leur mouvement, et lorsque ce mouvement est dirigé vers nous, le flux est fortement intensifié. De plus, si le jet oscille légèrement en raison de précessions ou d’instabilités, l’angle d'émission change légèrement, modifiant l’intensité apparente du rayonnement synchrotron et Compton inverse. Ces variations d’angle, même minimes, peuvent provoquer d’importantes fluctuations de luminosité sur des échelles de temps courtes, parfois de l’ordre de quelques heures seulement[12]. Éclats d’émission gammaLes BL Lacs peuvent également connaître des éclats très intense de rayonnement gamma, souvent détectés par des télescopes spatiaux comme Fermi-LAT. Ces éruptions peuvent être causées par plusieurs mécanismes, notamment des collisions entre différentes régions du jet, qui libèrent une grande quantité d’énergie sous forme de rayonnement gamma via le processus de diffusion Compton inverse. Dans ce processus, les électrons relativistes du jet interagissent avec des photons de basse énergie (issus du disque d’accrétion ou de sources externes) et les propulsent à des énergies gamma. Une autre explication possible repose sur la précession du jet, qui peut faire apparaître des régions d’émission plus intenses lorsque la direction du jet s’aligne momentanément de manière plus parfaite avec la ligne de visée de la Terre. Ce phénomène, similaire à ce que fait un phare, peut expliquer pourquoi certains BL Lac connaissent des périodes de forte activité gamma suivies de phases plus calmes. Ces éclats gamma sont souvent imprévisibles et peuvent durer de quelques heures à plusieurs jours[13]. Quelques exemples
Notes et références
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