Une étude récente remet en cause une relation fondamentale entre les rayons X et la lumière ultraviolette des quasars, établie depuis près de cinquante ans.
C'était considéré comme acquis et faisait référence. Pour les astrophysiciens, l’émission de rayons X et celle de lumière ultraviolette des quasars étaient liées par une relation stable. Cette corrélation semblait universelle et elle servait de référence pour modéliser l’accrétion de matière autour des trous noirs supermassifs.
C'était sans compter sur cette équipe internationale et son analyse qui modifie ce consensus. En exploitant un échantillon de 136 745 quasars, qui utilise à la fois les données du sondage eROSITA et des archives de XMM-Newton, les chercheurs montrent que cette relation évolue avec le temps cosmique. Leurs résultats indiquent aussi qu’elle ne dépend pas du taux d’accrétation comme les théories principales le prévoyaient.
La corrélation entre les rayons X et les ultraviolets change avec l’âge de l’Univers
L’étude démontre que le lien entre la luminosité à 2 keV et celle à 2500 Å varie de manière systématique avec le décalage vers le rouge. Quand l’Univers était plus jeune, la relation était plus plate et son étalement intrinsèque plus faible. Antonis Georgakakis, coauteur de l’article, explique que « cette non-universalité remet en question notre compréhension de la croissance et du rayonnement des trous noirs supermassifs ». Les mécanismes qui transfèrent l’énergie du disque d’accrétion vers la couronne chaude ont donc probablement changé au fil des derniers milliards d’années.
Voilà qui entre en collision avec l’hypothèse d’une relation fixe, qui servait notamment de fondement à l’utilisation des quasars comme sondes pour mesurer l’expansion de l’Univers. La méthode employée, un cadre hiérarchique bayésien, a permis de traiter ensemble les détections et les non-détections en rayons X, ce qui a réduit les biais des études précédentes. Maria Chira, première auteure, souligne que cette approche statistique robuste a rendu visible une tendance qui serait autrement restée cachée.
Le taux d’accrétation n’influence pas cette relation, contrairement aux prédictions
Mais les prédictions théoriques récentes sont également contredites par un deuxième résultat. Des modèles comme celui d'Aya Kubota et Chris Done anticipaient une forte dépendance de la relation X-UV au taux d’Eddington, qui mesure l’intensité de l’accrétion. L’analyse du vaste échantillon SDSS ne révèle pourtant aucune influence significative de ce paramètre. L’absence de cette dépendance attendue questionne la physique reliant le disque d’accrétion et la couronne chaude. Les chercheurs ont comparé les observations avec les prévisions du modèle QSOSED, qui suppose que la luminosité dissipée dans la couronne est un fraction fixe de la luminosité d’Eddington. Les données observationnelles ne suivent pas cette prédiction, en particulier pour les taux d’accrétation les plus bas. Cela suggère que la taille ou l’efficacité de la couronne X pourrait être régie par d’autres mécanismes.
L’étude quantifie également la fraction de quasars anormalement faibles en rayons X dans cet immense échantillon. Environ 3 % des objets présentent un déficit en rayons X supérieur à 0,3 dex par rapport à la relation moyenne. Ce pourcentage est inférieur aux 5,8 % rapportés par des études antérieures sur des échantillons différents. La recherche des causes de cette sous-luminosité reste ouverte. Pour certains quasars, elle pourrait être liée à l’absorption de rayons X par du gaz ou de la poussière. L’analyse d’un sous-groupe spécifique montre qu’un déficit de 0,6 dex en luminosité X correspondrait à une quantité de gaz absorbant d’environ 1,5 × 10²¹ atomes par centimètre carré. Maria Chira note que cette population particulière « mérite une investigation plus poussée ». Ces travaux établissent donc un nouveau référentiel observationnel, qui servira de point de comparaison pour les futurs modèles d’accrétion et les campagnes d’observation plus profondes.
Source : Oxford Academic, GNT
