Un quasar est le noyau ultra-lumineux d'une galaxie dont le trou noir supermassif central dévore activement de la matière. Visibles à travers tout l'Univers observable, ils éclipsent leur propre galaxie.
Imaginez une galaxie ordinaire — disons la nôtre, avec ses quelques centaines de milliards d'étoiles. Puis imaginez, au centre, une lampe unique qui brille autant que la galaxie toute entière, parfois cent fois plus. Cette lampe, c'est un quasar : un noyau actif de galaxie dont la luminosité dépasse 10³⁸ W, soit 10¹² fois celle du Soleil.
La source d'énergie n'est pas nucléaire, contrairement aux étoiles. C'est la gravité. Un trou noir supermassif (10⁶ à 10¹⁰ M☉) au cœur de la galaxie avale activement du gaz, de la poussière et parfois des étoiles entières. Avant de franchir l'horizon des événements, cette matière forme un disque d'accrétion qui s'échauffe par frottement jusqu'à des millions de kelvin et rayonne massivement dans tout le spectre — UV, visible, X, radio. Le rendement de cette conversion masse-énergie atteint ~10 % (contre 0,7 % pour la fusion nucléaire), ce qui explique l'efficacité extraordinaire du mécanisme.
Beaucoup de quasars lancent aussi des jets relativistes perpendiculaires au disque, visibles en radio sur des milliers de kiloparsecs. Quand un jet pointe quasiment vers nous, on parle de blazar : variabilité extrême, polarisation forte.
La filiation historique est jalonnée. En 1959, Cambridge publie le catalogue radio 3C. Allan Sandage identifie optiquement 3C 48 en 1960 comme « étoile bleue » — anomalie. En 1963, Maarten Schmidt (Caltech) reconnaît dans le spectre de 3C 273 les raies d'hydrogène décalées vers le rouge de z = 0,158 : ce n'est pas une étoile, c'est un objet à 750 Mpc, donc intrinsèquement monstrueux. Les quasars naissent comme catégorie.
Aujourd'hui, on les comprend comme une phase active dans la vie des galaxies : toutes les galaxies massives sont probablement passées par un stade quasar, il y a des milliards d'années.
Luminosité. 10³⁸ à 10⁴¹ W, soit 10¹² à 10¹⁴ L☉. Les quasars les plus brillants éclipsent leur galaxie hôte d'un facteur 100.
Taille. La région émettrice principale fait moins d'un jour-lumière de diamètre — on le sait parce que certains quasars varient en luminosité sur des échelles de jours, ce qui impose une taille maximale causale. C'est plus petit que le Système solaire, et pourtant ça rayonne plus qu'une galaxie.
Masse du trou noir central. De 10⁶ à 10¹⁰ M☉. Le record approche 4 × 10¹⁰ M☉ pour TON 618. Le taux d'accrétion atteint ~1 à 10 M☉ par an (soit ~2-20 masses terrestres par seconde).
Décalage vers le rouge (z). Les quasars connus vont de z ≈ 0,05 (quasars proches) à z = 7,64 pour J0313-1806, découvert en 2021. Ce dernier nous montre un trou noir de 1,6 × 10⁹ M☉ déjà en place ~670 millions d'années après le Big Bang — un casse-tête pour les modèles de formation des trous noirs primordiaux.
Distances. 3C 273, le premier quasar identifié, est à 750 Mpc (z = 0,158). Magnitude visuelle 12,9 — accessible aux télescopes amateurs de 200 mm. Les quasars les plus lointains sont à plus de 13 milliards d'années-lumière.
Tous les quasars sont des noyaux actifs de galaxies (AGN), mais tous les AGN ne sont pas des quasars. La nomenclature dépend de la luminosité et de l'angle sous lequel on observe.
Seyfert (types 1 et 2). AGN modérément lumineux, fréquents dans les spirales proches. NGC 4151 est l'archétype.
Radio-loud quasars. 10 % des quasars émettent massivement en radio, avec jets. 3C 273 est le prototype.
Radio-quiet quasars. La majorité (~90 %), dont l'émission radio est modeste.
Blazars (BL Lac + FSRQ). Quasars vus sous l'axe du jet. Variabilité extrême, émission de très haute énergie. Markarian 421 et Markarian 501 sont observés par les télescopes gamma (HESS, MAGIC, CTA).
Exemples marquants. • 3C 273 (Vierge) — premier quasar identifié, 1963, magnitude 12,9, le plus brillant quasar optique du ciel. • 3C 48 (Triangle) — premier identifié comme « étoile bleue anormale » dès 1960. • TON 618 — masse record de ~4 × 10¹⁰ M☉. • SDSS J0100+2802 (z = 6,3) — très brillant à grand redshift. • J0313-1806 (z = 7,64) — le plus lointain connu (2021). • La Croix d'Einstein (Q2237+0305) — un quasar unique démultiplié en quatre images par lentille gravitationnelle. • J1120+0641, J1342+0928 — quasars de z > 7 étudiés par Hubble et JWST.
Spectroscopie optique. C'est ce qui a révélé les quasars. Le spectre montre des raies d'émission larges (hydrogène, MgII, CIV…) décalées vers le rouge. La mesure de z donne la distance et donc, couplée au flux observé, la luminosité intrinsèque. Le catalogue SDSS en contient aujourd'hui plusieurs centaines de milliers.
Radioastronomie. Les quasars radio-loud émettent des jets détectés par VLA, LOFAR et bientôt SKA. Le VLBI (Very Long Baseline Interferometry) permet de résoudre les jets sur des échelles du parsec.
Rayons X et gamma. Les télescopes spatiaux Chandra, XMM-Newton, Swift et eROSITA suivent les quasars dans les hautes énergies. Fermi et les télescopes Tcherenkov au sol captent les photons gamma des blazars.
Lentilles gravitationnelles. Certains quasars lointains sont multi-imagés par des galaxies intermédiaires. La Croix d'Einstein (Q2237+0305) en est le plus bel exemple. Ces systèmes permettent de tester la relativité générale et de mesurer la constante de Hubble H₀.
En amateur. 3C 273 est observable à partir d'un télescope de 200 mm sous ciel noir, au printemps, dans la Vierge, à la magnitude 12,9. C'est l'objet lointain le plus impressionnant à pointer soi-même : vous captez réellement la lumière d'un trou noir supermassif qui a quitté sa galaxie il y a 2,4 milliards d'années. Notre outil carte du ciel permet de repérer sa position.
Trou noir. Un quasar N'EST PAS un trou noir — c'est le PHÉNOMÈNE LUMINEUX alimenté par l'accrétion sur un trou noir supermassif. Le trou noir lui-même n'émet rien ; ce qu'on voit, c'est le disque d'accrétion juste au-dessus de son horizon. Certains trous noirs supermassifs sont en phase quasar, d'autres sont calmes (comme Sagittarius A* au cœur de la Voie lactée aujourd'hui).
Galaxie active (AGN) — cas général. « AGN » est le terme parapluie : il englobe tous les noyaux galactiques alimentés par accrétion. Les Seyfert (moins lumineuses), les radiogalaxies, les blazars et les quasars sont des sous-catégories. Un quasar = un AGN dont la luminosité atteint ~10³⁸ W ou plus, et dont le noyau éclipse souvent la galaxie hôte.
Sursaut gamma (GRB). Phénomène transitoire extrêmement bref (millisecondes à minutes) issu d'une supernova ou d'une fusion d'étoiles à neutrons. Les quasars, eux, brillent en continu pendant des millions d'années.
Étoile variable extrême. Non, les quasars ne sont pas des étoiles, malgré leur apparence « quasi-stellaire » sur les plaques photographiques. C'est la confusion qui leur a donné leur nom, mais les spectres ont tranché dès 1963.
Blazar. Un blazar est un quasar vu sous l'axe de son jet relativiste. Même moteur physique, géométrie différente.
Parce que leur phase lumineuse est un épisode dans la vie d'une galaxie, pas un état permanent. L'âge d'or des quasars se situe entre z = 2 et z = 3, soit il y a environ 10 à 11 milliards d'années, quand les galaxies étaient jeunes et riches en gaz. Depuis, la plupart des trous noirs supermassifs ont épuisé leur carburant local et se sont calmés. On voit donc essentiellement des quasars LOINTAINS parce que cette phase s'est produite TÔT dans l'histoire cosmique. 3C 273, à 750 Mpc, est considéré comme « proche » pour un quasar.
Très probablement oui, mais il y a longtemps. Sagittarius A* est aujourd'hui étonnamment calme : son taux d'accrétion est ~10⁻⁸ fois celui d'un quasar actif. Mais des indices (échos en rayons X sur les nuages moléculaires centraux, bulles de Fermi détectées en gamma) suggèrent qu'il a connu des épisodes d'activité dans les derniers millions d'années, et plus intensément il y a 6-10 milliards d'années. Toutes les galaxies massives sont vraisemblablement passées par un stade quasar au moins une fois.
Oui, 3C 273 est à la portée d'un télescope de 200 mm sous bon ciel. Il se trouve dans la Vierge, à quelques degrés au nord de la galaxie M104 (le Sombrero), à la magnitude 12,9. Il apparaît comme une étoile ordinaire — aucun détail ne distinguera cette tache lumineuse. Ce qui est vertigineux, c'est la prise de conscience : les photons qui entrent dans votre œil viennent d'un disque d'accrétion chaud à des millions de kelvin, qui s'est formé alors que la vie complexe n'existait pas encore sur Terre, à 2,4 milliards d'années-lumière.
C'est l'énigme des quasars à très haut redshift comme J0313-1806 (z = 7,64). Le modèle standard de croissance par accrétion (limite d'Eddington) plafonne le taux, et un trou noir stellaire initial de ~100 M☉ met trop de temps pour atteindre un milliard de M☉ en 700 millions d'années. Deux hypothèses dominent : effondrement direct de nuages de gaz primordial en « graines » massives (10⁴-10⁵ M☉) qui croissent ensuite rapidement, ou épisodes d'accrétion super-Eddington. Les observations JWST en cours sur les quasars précoces devraient trancher dans la décennie.