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Le disque d’accrétion autour des trous noirs super-massifs : existe-t-il vraiment ?

1er juin 2001

Suzy Collin et Jean-Marc Huré (DAEC, Observatoire de Paris), remettent en question, dans une publication récente, le modèle "standard" du disque d’accrétion autour des trous noirs super-massifs : ce disque "standard" ne peut pas expliquer toutes les observations sur les noyaux actifs de galaxies et les quasars : rayonnement continu et raies d’émission. Une autre interprétation est proposée. Les Noyaux Actifs de Galaxies (NAG) et quasars (QSO) comptent parmi les objets les plus lumineux de l’Univers. Leur puissant rayonnement provient de l’accrétion de gaz sur un trou noir massif ( 100 millions de masses solaires) à un rythme de quelques dizièmes de masse solaires par an pour les galaxies de Seyfert, jusqu’à quelques centaines de masses solaires par an pour les quasars lumineux. Ce gaz ne tombe pas directement sur le trou noir, en raison de sa rotation initiale, mais s’y achemine en formant un "disque d’accrétion". La structure de ce disque et sa taille sont mal connues, notamment parce que les observations ne nous permettent pas de le résoudre spatialement (il faudrait une résolution de un millionième de seconde d’arc pour résoudre la région centrale du disque - celle qui émet le rayonnement ultraviolet et X - dans les NAG les plus proches). Les observations suggèrent toutefois que sa cinématique est képlèrienne (i.e. correspond à une rotation autour d’une masse ponctuelle, selon les lois de Kepler, comme pour le système solaire) à grande distance du trou noir (un parsec, ou trois années-lumière). La théorie montre qu’un disque képlérien "standard" émet un rayonnement continu, depuis les longueurs d’onde visibles jusqu’à l’extrême UV dont la forme a conduit à l’appellation de "Big Blue Bump" (ou Grande Bosse Bleue), conformément d’ailleurs à ce que l’on observe. Le spectre d’un NAG ou d’un quasar ne se limite pas à cela : il contient aussi, selon les objets, un rayonnement continu dans les domaines radio, infra-rouge lointain, X et gamma, dûs, pour le radio et l’X-gamma, à un jet de particules relativistes et pour l’infrarouge, à un cocon de poussière entourant les régions centrales (voir figure) . Il est également caractérisé par des raies en émission "larges" émises par un gaz ionisé : dans les domaines visibles et UV, ces raies sont élargies par des mouvements de l’ordre de 10 000 km/s (effet Doppler), et sont produites à environ 1000-10 000 rayons gravitationnels RG (RG 1.5 10 13 cm pour une masse de 10 8 Mo). Cette zone est appelée la BLR (Broad Line Region) ou "région des raies larges". Dans le domaine X on observe une raie du fer à 7 keV dont l’élargissement correspond à des mouvements de 50 000 à 100 000 km/s, et qui pourrait être émise par les régions les plus centrales du disque d’accrétion (10 RG). astro-ph/0103303. Contact : Suzy Collin et Jean-Marc Hur&eacute (Département DAEC, Observatoire de Paris)

Dernière modification le 22 février 2013

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Accueil > The accretion disks around super-massive black holes : do they really exist (...)

The accretion disks around super-massive black holes : do they really exist ?

1er juin 2001

Suzy Collin and Jean-Marc Huré (DAEC, Observatoire de Paris), put back into question, in a recent publication, the "standard" model of accretion disk around super-massive black holes : this "standard" disk cannot explain all observations on active galactic nuclei and quasars : continuum radiation and broad emission lines. Another interpretation is proposed. Active Galactic Nuclei (AGN) and quasars (QSO) are the most luminous objects in the sky. These are powered by accretion of interstellar gas onto a supermassive black hole (BH) of about 100 millions solar masses which stands at the center of galaxies. For Seyfert galaxies, a few tenths of solar masses of gas per year is required to fuel the black hole ; in the case of the brightest QSOs, this is as much as a hundred stars like our Sun. Because the gas has initially some rotation energy, it does not free falls onto the black hole but spirals forming a disc. The properties of this disc --- and specially the most central regions where the UV and X-ray spectrum is emitted--- are not elucidated yet, mainly due to the lack of spatial resolution (a resolution of one millionth of arc second would be necessary to resolve this region in nearby galaxies). Observations tend to show that the very outer regions of the disc (at one parsec from the central object) probably rotate with the keplerian velocity, like planets do about the Sun. According to the theory, the global spectrum of an optically thick, keplerian disc (a "standard disc") should resemble a big bump peaking in the visible. The presence of this continuum radiation feature in the spectrum of AGN and QSOs has been for the last three decades one of the best evidence that accretion involves a standard disc. AGN also emit radiation in the radio, X and gamma ranges due to a relativistic jet of particles, and in the far-infrared range as well due to the presence of dust surrounding the central region (see figure) . Superimposed to this wide, continuum emission, AGN spectra display broad emission lines emitted by an ionized gas. Optical and UV lines are broadened by Doppler effect. Their width is compatible with motions of 10 000 km/s which correspond to gas rotating at about 1000 - 10000 gravitational radii RG from the BH (RG 1.5 10 13 cm for a 10 8 solar mass BH). This zone is called Broad Line Region (or BLR). In the X-ray range, a 7 keV iron line with a width of 50 000 -100 000 km/s is probably emitted very close to the black hole horizon (10 RG). astro-ph/0103303. Contact : Suzy Collin et Jean-Marc Hur&eacute (Département DAEC, Observatoire de Paris)

Dernière modification le 4 mars 2013