Les jets dans l’Univers

(1)

Sylvain CHATY Sylvain CHATY

(Université Paris 7 / Service d’Astrophysique)

Festival d’Astronomie de Fleurance

Festival d’Astronomie de Fleurance -- 9 ao9 août 2007ût 2007

Les jets dans l’Univers

Ou nous verrons que les jets sont une propriété

commune à beaucoup d’astres…

(2)

22

Plan Plan

Les jets sont partout dans l’Univers! Les jets sont partout dans l’Univers!

La naissance des étoilesLa naissance des étoiles

La vie des étoilesLa vie des étoiles

La mort des étoilesLa mort des étoiles

La réincarnation des étoilesLa réincarnation des étoiles

Les quasarsLes quasars

Les mécanismes d’accrétion Les mécanismes d’accrétion- -éjection éjection

Observations du lien Observations du lien accrétionaccrétion--éjectionéjection

Là où il y a accrétion, il y a éjection!Là où il y a accrétion, il y a éjection!

Perspectives Perspectives

Les sursauts de rayons Les sursauts de rayons γγ

Le mécanisme universel?Le mécanisme universel?

(3)

Un ciel étoilé: la Voie Lactée, notre Galaxie Un ciel étoilé: la Voie Lactée, notre Galaxie

(4)

44

L’évolution des étoiles L’évolution des étoiles

• Les étoiles naissent…

• …vivent…

• …meurent…

• … puis se réincarnent…

• Au cours des différentes phases de leur vie, des éjections se produisent.

(5)

Plan Plan

Les jets sont partout dans l’Univers! Les jets sont partout dans l’Univers!

Les mécanismes d’accrétion Les mécanismes d’accrétion- -éjection éjection

Perspectives Perspectives

(6)

66

La naissance des étoiles La naissance des étoiles

Orion Carène

Nébuleuses

(7)

La naissance des étoiles La naissance des étoiles

• Nébuleuse de l’aigle, HST, amas ouvert M16, à 7000 a.l.

•E vaporating gaseous globules (EGGs): pouponnières stellaires

•Colonnes de gaz H

₂

/poussière:

qq a.l., très denses: contraction gravitationnelle

•Mise à nu des EGGs par

rayonnement intense de jeunes

étoiles

(8)

88

La naissance des étoiles:

Objets

Objets Herbig Herbig Haro Haro

Etoiles en formation: Etoiles en formation: vents/é vents/ écoulements bipolaires collimat coulements bipolaires collimaté és s

HH: Gaz HH: Gaz en collision en collision supersonique supersonique ( (~ ~100 100 km/s km/s ) avec nuages froids ) avec nuages froids de de gaz/poussi

gaz/poussiè ère re, , ph ph énom é nom ène transitoire è ne transitoire : ~ : ~1000 1000 ans ans

ObservéObservé fin XIX par Sherburne Wesley Burnhamfin XIX par Sherburne Wesley Burnham

EtudiEtudiéé en 1940 par George en 1940 par George HerbigHerbig et Guillermo Haroet Guillermo Haro

Dé D écouverte couverte de mouvements de mouvements propres

propres

Cudworth

Cudworth & & Herbig Herbig 19791979 Herbig

Herbig & Jones 1981& Jones 1981

HH1 et HH2 distants HH1 et HH2 distants d d’ ’1a.l. 1a.l., , axisym

axisymé étriques triques / / é étoile jeune toile jeune

QuickTime™ et un décompresseur TIFF (non compressé) sont requis pour visionner cette image.

(9)

Objets Herbig

Objets Herbig - - Haro Haro

Etoiles entourées Etoiles entourées de de

disques d’accrétion durant disques d’accrétion durant

~10 ~ 10

⁵⁵

ans ans , en rotation , en rotation rapide

rapide: : création création de jets de jets polaires collimatés

polaires collimatés de de plasma

plasma chaud ionisé chaud ionisé

Masse Masse éjectée éjectée : 1 : 1 - - 20 M 20 M

_T_T

T: 8- T: 8 -12 000 K 12 000 K

Densité Densité : : ~ ~ 10000 part./cm 10000 part./cm

³³

(10x+

(10x+ que régions que régions HII) HII)

75% H, 25% He 75% H, 25% He

HH30: Disque d’ HH30: Disque d ’accr accré étion, tion, HH34:

HH34: é éjections p jections pé ériodiques, riodiques, HH47:

HH47: é étoile toile à à gauche gauche barre: 1000 u.a.

barre: 1000 u.a.

QuickTime™ et un décompresseur TIFF (non compressé)

sont requis pour visionner cette image.

(10)

1010

Objets Herbig

Objets Herbig - - Haro Haro

400 HH connus 400 HH connus, , ~ ~ 150 000 HH 150 000 HH dans

dans la la Galaxie Galaxie

Régions HII formation Régions HII formation stellaire stellaire , , près

près des globules de des globules de Bok Bok

(nébuleuses sombres contenant ( nébuleuses sombres contenant des étoiles jeunes des étoiles jeunes) )

La plupart La plupart des des HH HH à moins à moins de de 0.5 pc de

0.5 pc de l’étoile mère l’étoile mère, , certains certains jusqu’à qq pcs

jusqu’à qq pcs (MIS (MIS peu peu dense) dense)

Etoiles enfouies dans nuage Etoiles enfouies dans nuage moléculaire

moléculaire dense: IR/radio dense: IR/radio

HH32 HH32

Ondes de choc IR Ondes de choc IR dans dans Orion Orion

(11)

Plan Plan

Les jets sont partout dans l’Univers! Les jets sont partout dans l’Univers!

Les mécanismes d’accrétion Les mécanismes d’accrétion- -éjection éjection

Perspectives Perspectives

(12)

1212

La vie des étoiles La vie des étoiles

Eta Carinae Eta Carinae: l’étoile la plus lumineuse de notre Galaxie, : l’étoile la plus lumineuse de notre Galaxie, 5 millions de Soleils (LBV), à 7000 al.

5 millions de Soleils (LBV), à 7000 al.

La prochaine Supernova? La prochaine Supernova?

Rayons X Optique Infrarouge Radio

(13)

La vie des étoiles La vie des étoiles

Nébuleuse de l’œil de Nébuleuse de l’œil de chat, à plusieurs millions chat, à plusieurs millions de degrés

de degrés

Etoile centrale, très Etoile centrale, très

brillante, deviendra une brillante, deviendra une naine blanche dans

naine blanche dans quelques millions quelques millions d’années

d’années

Rayons X Optique

(14)

1414

Plan Plan

Les jets sont partout dans l’Univers! Les jets sont partout dans l’Univers!

Les mécanismes d’accrétion Les mécanismes d’accrétion- -éjection éjection

Perspectives Perspectives

(15)

La mort des étoiles légères:

Les naines blanches Les naines blanches

sont requis pour visionner cette image.

=

Etoiles peu massives (<1.4 MEtoiles peu massives (<1.4 M_Soleil_Soleil) ayant épuisé Hélium) ayant épuisé Hélium

Le cœur reste intact (pas de réaction nucléaire) mais sans Le cœur reste intact (pas de réaction nucléaire) mais sans couche extérieure

couche extérieure

La pression de dégénérescence des électrons maintient La pression de dégénérescence des électrons maintient l’équilibre (principe de Pauli, mécanique quantique)

l’équilibre (principe de Pauli, mécanique quantique)

MM_Soleil_Soleil/2 dans volume de la Terre/2 dans volume de la Terre

Grande densité: 10Grande densité: 10⁹⁹ kg/mkg/m³³

1 cuillère à café pèse 1 tonne1 cuillère à café pèse 1 tonne

Soleil: géante rouge -Soleil: géante rouge -> naine blanche> naine blanche dans 5

dans 5 1010⁹⁹ d’annéesd’années

Nébuleuse planétaire M57 (Lyre):Nébuleuse planétaire M57 (Lyre):

Ejection de couches extérieuresEjection de couches extérieures

Taille: 6 a.l. de largeTaille: 6 a.l. de large

Âge: plusieurs milliers dÂge: plusieurs milliers d’’annannééeses

Distance: 7000 a.l.Distance: 7000 a.l.

Puis naine blanche s’éteint lentement -Puis naine blanche s’éteint lentement -> naine noire> naine noire

(16)

1616

QuickTime™ et un décompresseur codec YUV420 sont requis pour visionner cette image.

La mort des étoiles massives:

les étoiles à neutron les étoiles à neutron

sont requis pour visionner cette image. =1 000 000 000

Mort d’une étoile massive (>4-Mort d’une étoile massive (>4-8 8 MM_Soleil_Soleil):):

Epuisement du carburant nucléaireEpuisement du carburant nucléaire

La région centrale de l’étoile s’effondre sous la gravitéLa région centrale de l’étoile s’effondre sous la gravité

p + ep + e^-^- -> n: «-> n: « étoiles à neutronsétoiles à neutrons »»

La pression de dégénérescence des neutrons maintient l’équilibreLa pression de dégénérescence des neutrons maintient l’équilibre (principe de Pauli, mécanique quantique).

(principe de Pauli, mécanique quantique).

M ~ 1.4 M ~ 1.4 MM_Soleil_Soleil

Volume: sphère R=10 Volume: sphère R=10 kmkm

Grande densité:Grande densité:

1 000 000 000 000 000 000 kg/m1 000 000 000 000 000 000 kg/m³³

1 cuillère à café pèse 1 milliard de tonnes… (101 cuillère à café pèse 1 milliard de tonnes… (10⁶⁶ x + NB)x + NB)

Champ gravitationnel = 300 000 gChamp gravitationnel = 300 000 g

Supergéante rouge Supergéante rouge --> Explosion de supernova> Explosion de supernova

Ejection des couches extérieures -Ejection des couches extérieures -> rémanent de supernova> rémanent de supernova

PulsarsPulsars

(17)

Etoiles beaucoup plus Etoiles beaucoup plus massives que massives que le Soleil le Soleil (3<M<40M(3<M<40M_Soleil_Soleil))

Rien n’arrêRien n’arrête lte l’’effondrement effondrement de de ll’é’étoiletoile::

MM_Soleil_Soleil (R=700 000 km) dans sphère (R=700 000 km) dans sphère de rayon 3 kmde rayon 3 km

Densité: 10 000 000 000 000 000 000 kg/mDensité: 10 000 000 000 000 000 000 kg/m³³ (en fait infinie(en fait infinie))

1 cuillère 1 cuillère à café à café pèse pèse 10 milliards de 10 milliards de tonnestonnes……

Invention: “astres occlusInvention: “astres occlus””

(John (John Michell et PierreMichell et Pierre--Simon Simon LaplaceLaplace, fin , fin du du 18e: physique 18e: physique newtoniennenewtonienne))

Réapparition: “Réapparition: “étoile geléeétoile gelée, , étoile effondréeétoile effondrée, trous , trous noirs”noirs”

(John Wheeler, 1(John Wheeler, 1^e^e moitié du XXe: moitié du XXe: singularité singularité de la de la relativité généralerelativité générale))

Les objets Les objets les plus simples de les plus simples de l’Univers l’Univers ((quoiquequoique…!)…!)

M/R tel que vitesse libération M/R tel que vitesse libération > c: > c: mmême ême la la lumilumièère ne peut sre ne peut s’’en en échapperéchapper!!

Rayon de Schwarzschild: vitesse Rayon de Schwarzschild: vitesse de de liblibéération ration = c = (2GM/R)= c = (2GM/R)^1/2^1/2 => R = 2GM/c=> R = 2GM/c²² (Horizon des

(Horizon des éévévénementsnements))

3 param3 paramèètrestres: Masse M, Rotation a, Charge : Masse M, Rotation a, Charge éélectrique lectrique QQ

“A black hole has no hair“A black hole has no hair””

La mort des étoiles massives:

les trous noirs les trous noirs

sont requis pour visionner cette image. =10 000 000 000

(18)

1818

La mort des étoiles massives:

déformations de l’espace

déformations de l’espace - - temps temps

Relativité générale: 4 dimensions d’espace-Relativité générale: 4 dimensions d’espace-temps intimement liées.temps intimement liées.

La matière courbe l’espace.La matière courbe l’espace.

Espace à 2 dimensions: feuille de papier plate, mais déformée par Espace à 2 dimensions: feuille de papier plate, mais déformée par un poids.

un poids.

Vide Terre Soleil

Naine blanche

Etoile à neutron Trou Noir

(19)

Image (1 Ms) Image (1 Ms) Chandra Chandra du du reste de supernova Cas A reste de supernova Cas A

Spectre XMM dans la bande du Si

Fe L Mg

Si

S

Ca Fe K Ar

La mort des étoiles massives

(20)

2020

La mort des étoiles massives:

les étoiles à neutron les étoiles à neutron

Rayons X Optique

QuickTime™ et un décompresseur codec YUV420 sont requis pour visionner cette image.

Pulsar de la nébuleuse du CrabePulsar de la nébuleuse du Crabe

Rémanent de supernova observée Rémanent de supernova observée en 1054 par les Chinois et Arabes en 1054 par les Chinois et Arabes (Messier 1) visible pendant 23 jours (Messier 1) visible pendant 23 jours

Diamètre: 6 a.l.Diamètre: 6 a.l.

Âge: 951 ans!Âge: 951 ans!

Distance: 6500 a.l.Distance: 6500 a.l.

Etoile centrale en rotation: 30 Etoile centrale en rotation: 30 tours/s

tours/s

Expansion: 1000 km/sExpansion: 1000 km/s

NéNébuleuse buleuse àà plusieurs millions de plusieurs millions de degr

degrééss

Film (plusieurs mois)Film (plusieurs mois)

Ondes de choc, vent de (anti-Ondes de choc, vent de (anti- )mati

)matière ère àà 150 000 km/s150 000 km/s

(21)

Plan Plan

Les jets sont partout dans l’Univers! Les jets sont partout dans l’Univers!

Les mécanismes d’accrétion Les mécanismes d’accrétion- -éjection éjection

Perspectives Perspectives

(22)

2222

Différence trou noir/ étoile à neutron:Différence trou noir/ étoile à neutron:

Les trous noirs seuls n’émettent rien.Les trous noirs seuls n’émettent rien.

Objet compact + étoile compagnon = Objet compact + étoile compagnon = système binaire

système binaire

«« Accrétion/éjectionAccrétion/éjection »: émission de »: émission de rayons X/

rayons X/γγ

Premières observations d’astres X en 1960:

Prix Nobel de Physique de Riccardo Prix Nobel de Physique de Riccardo Giacconi

Giacconi (2002)(2002)

La réincarnation des étoiles

(23)

Vent

Vent collimaté dans collimaté dans les les naines naines blanches blanches

AccréAccrétiontion: apparition de : apparition de raies raies satellites Hsatellites Hα, α, HHβ, β, HeII dHeII déécalcaléées es de de ~800~800-->5000km/s>5000km/s

Binaires serréBinaires serrées es àà fort taux fort taux de de transfert transfert de de masse (10

masse (10^-7^-⁷MM_Sol_Sol/an), variable /an), variable cataclysmiquecataclysmique, , LL_X_X=10=10³⁷³⁷erg/s, 100 000Kerg/s, 100 000K

Combustion thermonuclCombustion thermonuclééaire aire stable de H stable de H àà la surface de la

la surface de la naine naine blanche (0.007mcblanche (0.007mc²²).).

Accumulation de masse-Accumulation de masse->>limite limite de de Chandrasekhar

Chandrasekhar->SN ->SN IaIa

RXJ 0925- RXJ 0925 -4758, avec/sans jet 4758, avec/sans jet (5600km/s) (

(5600km/s) (Motch Motch 1998) 1998)

(24)

2424

Accrétion/Combustion Accrétion/Combustion

Comparaison Comparaison de de l’énergie générée l’énergie générée par: par:

accrétion sur un accrétion sur un objet objet compact (1M compact (1M

_Sol_Sol

) )

combustion thermonucléaire combustion thermonucléaire de de l’hydrogène l’hydrogène. .

- - 0.1- 0.1 -0.42 mc 0.42 mc

²²

Trou

Trou noir noir

0.007 mc 0.007 mc

²²

0.15 mc

²²

Etoile

Etoile à neutron à neutron

0.007 0.007 mc mc

²²

0.00025 mc

²²

Naine N aine blanche blanche

Combustion Combustion nucléaire nucléaire Accrétion

Accrétion Objet

Objet compact compact

(25)

La réincarnation La réincarnation des des étoiles: SS 433 étoiles : SS 433

Découverte en 1979 de la première Découverte en 1979 de la première binaire

binaire XX galactique produisant 2 jets galactique produisant 2 jets symétriques

symétriques de de particules relativistesparticules relativistes

Vitesse: 0.26c (Vitesse: 0.26c (ΓΓ=1.04)=1.04)

Observations de Observations de raies d’émission raies d’émission en en optique

optique (H (H BalmerBalmer, , HeIHeI) et X (Fe) ) et X (Fe) décalées

décalées par par effet effet Doppler: jets Doppler: jets baryoniques

baryoniques

Spectres optique Spectres optique et X (ASCA): et X (ASCA):

(

(Margon Margon et al. 1979, et al. 1979, Kotani Kotani et al. 1994)et al. 1994)

(26)

2626

Les jets de SS 433 Les jets de SS 433

SS 433 à 5 kpc SS 433 à 5 kpc, , P P

_orb_orb

=13.08 =13 .08 jours jours

Précession 19.8° Précession 19.8° autour autour d’un axe

d’un axe incliné incliné de 78.8°, de 78.8°, période

période 163 163 jours jours, , collimation 4°

collimation 4°

(Margon (Margon et et al. 1979)

al. 1979)

OCNI: Objet OCNI: Objet Compact Compact Non Identifié Non Identifié (NS?) (NS?)

• • Microquasar Microquasar prototype

prototype: comment un : comment un objet

objet de la de la galaxie envoie galaxie envoie de la

de la matière matière à des à des

vitesses relativistes

vitesses relativistes? ?

(27)

La réincarnation des étoiles en

La réincarnation des étoiles en microquasars microquasars

~ 20 ~ 20 microquasars microquasars dans la Galaxie dans la Galaxie

(28)

2828

•• SS 433 au centre d’un reste SS 433 au centre d’un reste de SN: W 50de SN: W 50

••Ejections:Ejections:

••balistiques par balistiques par paquetspaquets

••Temps de vie radiatif Temps de vie radiatif des des ee^-^- > 1000 ans> 1000 ans

••collision relativiste collision relativiste avec W 50: avec W 50: ““percementpercement””

••Emission des jets:Emission des jets:

•Base: •Base: kTkT>10keV >10keV --> X (> X (BremmstrahlungBremmstrahlung))

•r>10•r>10¹²¹² cm (1ua): T<10cm (1ua): T<10⁵⁵KK

••r~10r~10¹⁵¹⁵ cm: T~2x10cm: T~2x10⁴⁴K, K, nn_e_e>10>10⁶⁶cmcm^-3^-³:: raies optiques raies optiques (thermique(thermique))

••1010¹⁴¹⁴<r<10<r<10¹⁷¹⁷cm: radio (synchrotron)cm: radio (synchrotron)

••1010¹⁸¹⁸ cm: X (choc MIS)-cm: X (choc MIS)->100pc>100pc

Source X peu lumineuseSource X peu lumineuse::

LL_x_x~5x10~5x10³⁵³⁵ erg/s, erg/s, EE_{c_jet}_{c_jet}: 10: 10⁴⁰⁴⁰ erg/serg/s

Zone dZone d’’impactimpact: E: E_jet_jet=3x=3x1010⁴⁰⁴⁰ erg/serg/s

dM/M=10dM/M=10^-^-5^5-^-6⁶MM_sol_sol/an/an

Energie d’Energie d’accraccréétion injecttion injectéée dans e dans jets.jets.

SS 433:

SS 433: considérations énergétiques considérations énergétiques

SS433 & W50: 2°x2° (

SS433 & W50: 2°x2° (Dubner Dubner et al., 1998)et al., 1998)

(29)

QuickTime™ et un décompresseur H.264 sont requis pour visionner cette image.

(30)

3030

Microquasar 1E 1740.7 Microquasar 1E 1740.7 - - 2942: 2942:

le grand annihilateur de la le grand annihilateur de la Galaxie

Galaxie

Jets radio bipolaires Jets radio bipolaires collimatés

collimatés sur sur qq a.l. qq a.l.

Analogie Analogie quasars quasars - - microquasars

microquasars

Les Les microquasars microquasars

1E1740, 1’x1’: Mirabel et al. 1992

RADIO

M87

OPTIQUE

(31)

Les microquasars Les microquasars: jets en radio : jets en radio

Phénomènes d’éjection Phénomènes d’éjection dans les microquasars… dans

…1 mas représente 10 u.a.!

(32)

3232

Jets de

Jets de microquasars microquasars

GRS 1915+105: jets radio

•VLA (1 mois)

•MERLIN: distance 3000 u.a.

•GRS 1915+105: Nova Aquila 1992

•Source X variable, lumineuse:

L_X~3x10³⁸ erg/s

•D=12.5 kpc

•TN M=14M_sol

•QPO 67 Hz

•2 jets radio: 1.25 et 0.65c (v=0.92c)

(33)

Sources de jets

Sources de jets relativistes Galactiques relativistes Galactiques

20% des binaires émettent 20% des binaires émettent en radio avec en radio avec spectre plat synchrotron,

spectre plat synchrotron, ou résolues ou résolues spatialement

spatialement en jets en jets collimatés collimatés. .

(34)

Microquasars

(35)

Jets

Jets galactiques galactiques

Les jets ne sont Les jets ne sont pas des pas des oiseaux rares dans l’oiseaux rares dans l’UniversUnivers

Vitesse & Vitesse & Mécanisme dépendent Mécanisme dépendent de nature de de nature de objet accrétantobjet accrétant

Mais propriéMais propriéttéés s communes: champ communes: champ gravitationnel, gravitationnel, disque ddisque d’’accraccréétiontion

(36)

3636

Enorme différence de Enorme différence de masse et de

masse et de taille entre taille entre quasars et

quasars et microquasarsmicroquasars, , mais

mais la physique la physique est la est la même: même: celle celle des des trous trous noirs!

noirs!

Jets microquasarsJets microquasars: 10: 10¹⁷¹⁷cmcm

Jets quasars: 10Jets quasars: 10²⁴²⁴cmcm

Echelle de temps Echelle de temps dynamique

dynamique de variation de variation prop. masse

prop. masse objet objet accréaccrétanttant..

Microquasars/quasars Microquasars/quasars

Chaty, 1998

(37)

Plan Plan

Les jets sont partout dans l’Univers! Les jets sont partout dans l’Univers!

Les mécanismes d’accrétion Les mécanismes d’accrétion- -éjection éjection

Perspectives Perspectives

(38)

3838

Quasars découverts en 1963 Quasars découverts en 1963

Noyaux actifs de galaxies N oyaux actifs de galaxies abritant des trous noirs abritant des trous noirs supermassifs

supermassifs

Un quasar émet dans une Un quasar émet dans une région de la taille du

région de la taille du système solaire la système solaire la

luminosité de 100 Voies luminosité de 100 Voies lactées!

lactées!

Jet de 3C273 en Jet de 3C273 en optique/radio

optique/radio

(Schmidt 1963)(Schmidt 1963)

Jets des quasars

(39)

Quasars et Jets

Quasars et Jets extragalactiques extragalactiques

11^ère^ère découverte d’un jet découverte d’un jet dans dans l’Univers

l’Univers::

Curtis 1918: “a curious straight ray Curtis 1918: “a curious straight ray

… apparently connected with the

… apparently connected with the nucleus by a thin line of matter”.

nucleus by a thin line of matter”.

M87: galaxie géanteM87: galaxie géante, au centre de , au centre de l’amas

l’amas de la de la Vierge à 16 Vierge à 16 MpcMpc::

3x103x10⁹⁹MM_sol_sol dans 3 pcdans 3 pc

Jet sur Jet sur 2020”” ~~50 000 al.50 000 al.

Mvt propre: vMvt propre: v_app_app~4-~4-6c6c

Inclinaison du jet < 19Inclinaison du jet < 19°°

HST: 6”HST: 6”=500pc=500pc

M87 OPTIQUE

(40)

4040

Les quasars Les quasars

Centaurus A (Centaurus A (NGC 5128)NGC 5128): : Radio Galaxie

Radio Galaxie active la plus active la plus proche (elliptique barrée d’une proche (elliptique barrée d’une ceinture de poussière)

ceinture de poussière)

Distance: 3 Mpc=11 Distance: 3 Mpc=11 millions a.l.millions a.l.

Optique, IR, radio, X (jet: Optique, IR, radio, X (jet:

synchrotron) synchrotron)

QuickTime™ et un

décompresseur TIFF (non compressé) sont requis pour visionner cette image.

QuickTime™ et un

(41)

Les quasars Les quasars

L L e cœur d’une e cœur d’une

galaxie active

(radio/optique)

(42)

3C 75

3C 75 dans Abell dans Abell 400: 2 400: 2 trous trous noirs noirs liés liés

Amas Amas de galaxies Abell de galaxies Abell 400: jets radio (rose)

400: jets radio (rose) dans dans gaz gaz X (bleu) X (bleu) ~10 ~10

⁶⁶

K K

2 2 TNs supermassifs TNs supermassifs en en coalescence

coalescence dans la dans la galaxie galaxie NGC 1128: source radio

NGC 1128: source radio

g g é é ante ante 3C 75 3C 75

(43)

Les quasars Les quasars

Quasar à 12 10 Quasar à 12 10

⁹⁹

al… al…

Jet: 100 000 al! Jet: 100 000 al!

Quasar GB 1508+5714

(44)

4444

Blazar = Quasar dont le jet pointe Blazar = Quasar dont le jet pointe quasi

quasi- -exactement vers l’observateur exactement vers l’observateur

Astres extrêmement brillant, Astres extrêmement brillant,

variations drastiques et rapides de variations drastiques et rapides de l’émission: sursauts d’activité

l’émission: sursauts d’activité

Effet Doppler: amplification et Effet Doppler: amplification et

déplacement du rayonnement émis à déplacement du rayonnement émis à des fréquences plus grandes:

des fréquences plus grandes:

augmentation de l’énergie des augmentation de l’énergie des photons

photons

3C175, M421 3C175, M421

Les blazars

(45)

Evolution temporelle Evolution temporelle de de l’émission d’une bulle l’émission d’une bulle synchrotron en

synchrotron en fonction fonction de lambda (van

de lambda (van der Laan der Laan 1966)

1966)

(46)

4646

Plan Plan

Les jets sont partout dans l’Univers! Les jets sont partout dans l’Univers!

Les mécanismes d’accrétion Les mécanismes d’accrétion- -éjection éjection

Perspectives Perspectives

(47)

Plan Plan

Les jets sont partout dans l’Univers! Les jets sont partout dans l’Univers!

Les mécanismes d’accrétion Les mécanismes d’accrétion- -éjection éjection

Perspectives Perspectives

(48)

4848

Propriétés

Propriétés radio, X radio, X des des binaires binaires X X

Candidat TN GX 339 Candidat TN GX 339- -4 4

Couronne chaude X Couronne chaude X nécessaire

nécessaire à à génération génération de de plasmas

plasmas relativistes émettant relativistes émettant en radio

en radio

(Corbel et al. 2000)(Corbel et al. 2000) QuickTime™ et un décompresseur TIFF (non compressé) sont requis pour visionner cette image.

(49)

Modèle standard: Modèle standard:

émission thermique du émission thermique du disque d’accrétion

disque d’accrétion multicolore

multicolore

émission non-émission non- thermique d’une thermique d’une couronne

couronne de plasmade plasma

Etats bas/dur et Etats bas/dur et haut/mou

haut/mou

Modèle concurrent: Modèle concurrent:

émission émission synchrotron synchrotron des jets de la radio des jets de la radio jusqu’aux

jusqu’aux XX

Les Les microquasars microquasars : : accrétion accrétion

Fender 2001

(50)

5050

1 1

^è^ères^res

observations du observations du lien lien entre entre accré accr étion tion (X) (X)- -é éjection jection (IR/radio) (IR/radio)

Accré Accr étion/ tion/é éjection jection de de nuages nuages de de plasma

plasma relativistes relativistes: :

Cycles Cycles rérécurrents currents de ~30de ~30--45mn45mn

Champ Champ magnmagnéétiquetique: 10 G: 10 G

Masse du nuage Masse du nuage = 10= 10¹⁹¹⁹ g (Mont g (Mont Everest)

Everest)

Energie totale du nuage éEnergie totale du nuage éjectjectéé àà 0.9c: 100.9c: 10⁴⁰⁴⁰ergerg

Ltotale du jet ~10Ltotale du jet ~10³³ LL_sol_sol

EE_tot_tot du jet (1915) = 0.1du jet (1915) = 0.1-1% -1% EE_tot_tot (SS 433)

(SS 433)

Accrétion

Accrétion - - éjection éjection : le : le microquasar microquasar GRS 1915+105 GRS 1915+105

Chaty, 1998; Mirabel, Dhawan, Chaty et al. 1998

(51)

Microquasars

Microquasars et Quasars et Quasars

3C120 observée sur 3 ans

Marscher et al. 2002

GRS 1915+105 observée sur 1 heure / 1mois Cycles d’accrétion-éjection chez les

quasars/microquasars: échelles de temps

proportionnelles à la masse de l’objet compact

Chaty, PhD, 1998; Mirabel, Dhawan,

(52)

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Plan Plan

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Les mécanismes d’accrétion Les mécanismes d’accrétion- -éjection éjection

Perspectives Perspectives

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Connexion DisqueConnexion Disque--Jet dans Jet dans les les étoiles étoiles en formation, en formation, microquasars microquasars et quasarset quasars

Question 1: FautQuestion 1: Faut-il -il unun disque d’accrétion pour faire un jet?disque d’accrétion pour faire un jet?

OUIOUI

Question 2: Les disques d’accrétion fontQuestion 2: Les disques d’accrétion font--ils nécessairement ils nécessairement des jets?des jets?

Le jet

Le jet estest--il il le principal le principal mécanisme mécanisme pour pour évacuer évacuer le moment le moment angulaireangulaire??

NONNON

Une perte de masse par vent de Une perte de masse par vent de ~~1% 1% suffit.suffit.

Jet Jet efficace surtout dans les parties efficace surtout dans les parties internes du disqueinternes du disque..

Vitesse jet Vitesse jet ~ ~ Vitesse libéVitesse libération ration de lde l’’objet objet centralcentral

Origine du jet Origine du jet dans parties dans parties centrales du disque dcentrales du disque d’’accraccréétiontion

Pas besoin ni Pas besoin ni dd’’un un objet objet central en rotation critique, central en rotation critique, ni ni dd’’un un objet relativisteobjet relativiste, ni , ni dd’une luminosit’une luminositéé dd’Eddington ’Eddington => jets non conduits par la => jets non conduits par la pression pression de radiation, de radiation, mais acc

mais accéélléréréés s et et collimatcollimatéés s par par effet magneffet magnéétoto--centrifugecentrifuge..

Formation de jets

Formation de jets astrophysiques astrophysiques

(54)

5454

Jets

Jets dans l’Univers dans l’Univers

Vitesse de jet et Vitesse de jet et vitesse vitesse de libération de libération

QuickTime™ et un

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Association jets bipolaires/disques Association jets bipolaires/disques d’accrétion

d’accrétion commune au commune au sein sein des des quasars/microquasars

quasars/microquasars

Mécanismes magnéto-Mécanismes magnéto-hydrodynamiqueshydrodynamiques::

moment angulaire moment angulaire de la de la matière accrétée matière accrétée évacué

évacué aux pôles aux pôles par les jets, le reste tombe par les jets, le reste tombe vers

vers le centre par attraction le centre par attraction gravitationnellegravitationnelle

Jets de matière propulsés Jets de matière propulsés par l’énorme par l’énorme énergie

énergie de rotation des de rotation des objets objets compacts et compacts et disques d’accrétion

disques d’accrétion

Processus Blandford-Processus Blandford-ZnajekZnajek::

Lignes de champ Lignes de champ pénétrant pénétrant le le trou trou noir, noir, confinées

confinées par le par le disquedisque, , pompent l’énergie pompent l’énergie de de rotation

rotation du trou du trou noirnoir

Mécanismes d’accrétion

Mécanismes d’accrétion - - éjection éjection

(56)

5656

Accélération

Accélération des jets des jets

Accélération magnéto Accélération magnéto -centrifuge - centrifuge

(Blandford (Blandford & Payne 1982)& Payne 1982)

Plasma suit les lignes du Plasma suit les lignes du champ champ magnétique dipolaire ancré et magnétique dipolaire ancré et tournant tournant avec DA (B

avec DA (B interstellaire ou interstellaire ou dynamo) dynamo)

Angle(lignes Angle( lignes, , disque disque)<60°: )<60°: déplacement instable le long des déplacement instable le long des lignes de lignes de champ,

champ, F F

_centrifuge_centrifuge

>F > F

_grav_grav

, plasma du disque arraché , plasma du disque arraché et propulsé vers l’équateur et propulsé vers l’équateur. .

(57)

Collimation des jets Collimation des jets

Accélération s’arr Accélération s’arr ête ê te à à magn magn étosph é tosph ère è re (sph ( sph ère d è re d ’Alfven E ’ Alfven E

_c_c

~E ~E

_mag_mag

) )

Plusieurs mé Plusieurs m écanismes canismes de collimation: de collimation:

Collimation poloCollimation poloïdale ïdale ((Blandford Blandford 1993)1993)

“hoop stress“hoop stress”: ”: Champ Champ magnmagnétique sétique s’enroule’enroule: : FF_Lorentz_Lorentz centripcentripèète te (Sakurai 1985)(Sakurai 1985)

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Plan Plan

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Perspectives Perspectives

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Plan Plan

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Perspectives Perspectives

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6060

Sursauts de rayons Sursauts de rayons γ γ

•Sursauts γ à des distances cosmologiques…

•Hypernova ou coalescence de trous noirs?

GRB 031203: énergie intermédiaire entre GRB 031203: énergie intermédiaire entre sursauts

sursauts γ et supernovae. et supernovae.

GRB990123

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Les sursauts Les sursauts γ γ

Sursauts Sursauts γγ: explosions les + énergétiques de : explosions les + énergétiques de l’Univers après le

l’Univers après le Big Big Bang, observables Bang, observables jusqu’aux confins de l’Univers

jusqu’aux confins de l’Univers

Durée: qq Durée: qq s s --> > qq mnqq mn

Systèmes binaires d’étoiles massives très Systèmes binaires d’étoiles massives très proches peuvent donner lieu à des sursauts proches peuvent donner lieu à des sursauts γγ

se rapprochent jusqu’à donner naissance à un se rapprochent jusqu’à donner naissance à un collapsar

collapsar……

Supernovae associées aux sursauts Supernovae associées aux sursauts γγ sont de sont de type

type IcIc

Sursauts Sursauts γγ sont des jets hautement collimatéssont des jets hautement collimatés

Si tout cela est vrai: les sursauts Si tout cela est vrai: les sursauts γγ seraient seraient dus à la naissance des

dus à la naissance des microquasars microquasars dans des dans des galaxies lointaines à fort taux de natalité

galaxies lointaines à fort taux de natalité stellaire.

stellaire.

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6262