Les quasars sont des bougies cosmiques standardisables, disent les astronomes | Astronomie

En utilisant les données spectrales du Sloan Digital Sky Survey (SDSS), du Chandra Source Catalog 2.0 et du Chandra COSMOS Legacy Survey, les astronomes ont découvert que les luminosités des rayons X et ultraviolettes des quasars sont si étroitement corrélées que ces objets peuvent être utilisés comme nouveaux « bougies standard » pour aider à déterminer les distances cosmiques et sonder d’autres paramètres cosmologiques fondamentaux.

“En 1929, Edwin Hubble a publié des observations selon lesquelles les distances et les vitesses des galaxies sont corrélées, avec les distances déterminées à l’aide de leurs étoiles céphéides”, a déclaré le Dr Susanna Bisogni du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics et de l’INAF – Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica Milano et ses collègues.

“L’astronome de Harvard Henrietta Swan Leavitt avait découvert qu’une étoile céphéide varie périodiquement avec une période liée à sa luminosité intrinsèque.”

“Elle a calibré l’effet, et quand Hubble a comparé ces valeurs calculées avec ses luminosités observées, il a pu déterminer leurs distances.”

“Mais même aujourd’hui, seules les étoiles céphéides dans des galaxies relativement proches peuvent être étudiées de cette manière”, ont-ils déclaré.

“Afin d’étendre l’échelle de distance à des périodes antérieures de l’histoire cosmique, les astronomes ont utilisé des supernovae, qui peuvent être vues à des distances beaucoup plus grandes.”

« En comparant la luminosité observée d’une supernova avec sa luminosité intrinsèque, basée sur sa classification, les astronomes sont en mesure de déterminer sa distance ; en comparant cela avec la vitesse de la galaxie hôte, on obtient la “relation de Hubble” reliant la vitesse de la galaxie à sa distance.

“Les supernovae les plus fiables à cet effet, en raison de leur uniformité cosmique, sont les supernovae de type Ia, qui sont considérées comme des” bougies standard “, ayant toutes la même luminosité intrinsèque.”

« Cependant, même les supernovae deviennent plus difficiles à étudier de cette manière car elles se trouvent plus loin ; à ce jour, la supernova de type Ia la plus éloignée avec une détermination fiable de la vitesse date d’une époque d’environ 3 milliards d’années après le Big Bang.

Dans leur nouveau travail. Le Dr Bisogni et ses co-auteurs proposent d’utiliser les quasars comme nouvelle bougie standard.

“Au cœur d’un quasar se trouve un trou noir supermassif entouré d’un disque très chaud de matière d’accrétion qui émet dans l’ultraviolet”, ont-ils expliqué.

“Le disque est à son tour entouré de gaz chaud avec des électrons se déplaçant à des vitesses proches de celle de la lumière, et lorsque les photons ultraviolets rencontrent ces électrons, leur énergie est stimulée dans les rayons X.”

Ils ont analysé les mesures des rayons X de 2 332 quasars distants dans le nouveau catalogue de sources Chandra et les ont comparées aux résultats ultraviolets du catalogue SDSS DR 14.

Ils ont découvert que la corrélation étroite déjà connue pour exister entre la luminosité ultraviolette et la luminosité des rayons X des quasars locaux se poursuit dans les quasars éloignés, à plus de 85 % de l’âge de l’Univers, devenant encore plus étroite à des époques antérieures.

L’implication est que ces deux quantités peuvent déterminer la distance de chaque quasar, et ces distances peuvent ensuite être utilisées pour tester des modèles cosmologiques.

Si les résultats sont confirmés, ils fourniront aux astronomes un nouvel outil spectaculaire avec lequel mesurer les propriétés de l’Univers en évolution.

“Les quasars connus les plus éloignés ont été repérés à une époque seulement environ 700 millions d’années après le Big Bang, étendant considérablement la gamme des décalages vers le rouge standard des bougies”, ont déclaré les astronomes.

“Un autre avantage des quasars est que des centaines de milliers d’entre eux ont été découverts au cours des dernières années.”

« Non des moindres, les processus physiques des quasars sont différents de ceux des supernovae, fournissant des mesures complètement indépendantes des paramètres cosmologiques. »

Les travaux de l’équipe seront publiés dans la revue Astronomie & Astrophysique.

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Susanna a besoin et al. 2021. Le point de vue de Chandra sur la relation entre les rayons X et l’émission UV dans les quasars. A&A, dans la presse; arXiv : 2109.03252