Dans les années 20, les astronomes découvrirent qu'il existait des ensembles d'étoiles à part, des galaxies, semblables à La Voie Lactée. En les étudiant, ils réalisèrent qu'une petite quantité d'entre elles avaient une activité importante dans leur zone centrale. Certaines avaient des luminosité jusqu'à cent fois celle d'une galaxie normale, c'est pourquoi elles furent appelées galaxies actives ou galaxies à noyau actif. Des observations réalisées en radio, rayons X et gammas montrèrent que ces galaxies pouvaient aussi émettre de grande quantité de radiation en dehors du spectre visible. Les astronomes commencèrent alors à les classer en différentes catégories dont les deux principales sont les galaxies de Seyfert avec une région extrèmement brillante au centre et les radiogalaxies émettant un fort rayonnement radio (les blazars et les quasars sont des radiogalaxies).
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Vue d'artiste du centre d'une galaxie active. Le trou noir central est entouré d'un disque de gaz chaud et d'une énorme ceinture de gaz et de poussières plus froids.On voit également deux jets de particules énergétiques. Crédit : site web de Chandra X-ray Observatory |
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Avec la découverte de ces galaxies actives, il fallut imaginer quelle pouvait être la source d'énergie, intense et localisée qui pouvait les nourrir. Aujourd'hui on pense que toutes les galaxies actives fonctionnent sur le même principe à savoir un trou noir supermassif au centre et que les différentes catégories observées dépendent uniquement de l'orientation de la galaxie par rapport à l'observateur.
Dans le modèle unifié des galaxies actives, la luminosité observée vient de l'action d'un trou noir super massif (plus d'un million de fois la masse du soleil) situé au centre de la galaxie sur la matière environnante. Le trou noir est entouré d'un gaz formant un disque d'accrétion. Lorsque la matière du disque tombe progressivement dans le trou noir, le gaz transforme son énergie gravitationnelle en énergie thermique ce qui entraîne une forte augmentation de la température du disque, qui émet alors un important rayonnement, principalement dans l'ultraviolet et les rayons X.
Le disque d'accrétion est entouré par des nuages de gaz qui sont en orbite autour du centre et tournent trés rapidement. Ils sont responsables des raies d'émission larges qui apparaissent dans le spectre de certaines galaxies actives telles les galaxies de Seyfert de type 1.
Autour de la zone des nuages rapides et toujours dans le plan define par le disque d'acrétion se trouve une épaisse couronne de gaz et de poussières plus froids. Elle est opaque à la lumière visible et ultraviolette et empèche le rayonnement du disque d'accrétion et des nuages rapides de se propager dans toutes les directions. Elle est ainsi à l'origine des différentes catégories de galaxies observables.
Dans les régions perpendiculaires au plan du disque on trouve des nuages de gaz qui tournent relativement lentement autour du trou noir. Ils sont responsables de raies d'émission trés étroites observées dasn les galaxies de Seyfert de type 2. C'est également dans cette zone qu'apparaissent les jets de matière trés fins pouvant atteindre des milliers de millirads de kilomètres de longueur. Il s'agit de particules trés énergétiques provenant de régions proches du trou noir et qui s'échappent le long de l'axe de rotation. Ces particules sont à l'origine du fort rayonnement radio synchrotron de certaines galaxies.
C'est par collision à l'intérieur de ces jets giganesques que les rayons cosmiques d'énergies extêmes pourraient être produits. Toutefois, le mécanisme par lequel des particules atteignent des énergies jusqu'à 10 millions de fois celles atteintes par les accélérateurs de particules terrestres les plus puissants reste encore un mystère.
