M87
Une galaxie géante qui émet beaucoup d'énergie radio ???

Cet article a paru dans la revue Astronomie Québec de Janvier-Février 1992.
Par Gilbert St-Onge et Lorraine Morin du CDADFS Dorval


Virgo A est une radio source dans l'amas de galaxies de la Vierge, bien identifiée comme étant la galaxie elliptique Messier 87. Galaxie de type EO, elle se situe à 12h 30.8' et +12°24', de magnitude 8.6 et d'un diamètre de 3'. (Annuaire astronomique 1991 de la Société d'astronomie de Montréal).


Les amateurs qui observent habituellement cette galaxie la comparent à un amas globulaire très serré duquel on ne peut déceler aucune étoile. Elle est presque ronde et offre une surface compacte, presque uniformément lumineuse. En y regardant de près, on peut voir dans le même champ, à faible grossissement, deux autres galaxies de l'amas de la Vierge: soient NGC 4478 et NGC 4476 juste un peu plus loin.
NGC 4478 a une dimension de 2' par 1'.8, de magnitude visuelle 11.2.
NGC 4476 a 1'.9 par 1'.3 et une magnitude visuelle de 12.3. Ces deux objets sont donc très petits.

En photographie ordinaire, M87 nous montre un disque de faible taille, un peu plus lumineux dans la région centrale. On ne résout évidemment pas grand chose du disque en question. Une brève description de M87 dit que c'est un des membres les plus brillants de l'amas de la Vierge, qu'elle se situe entre 40 et 60 millions d'années-lumière; c'est une galaxie supergéante. En plus, on apprend qu'elle est identifiée comme la source radio (Virgo A) ; c'est une source d'émission radio très forte. M87 est une source d'émission R.X. très forte.

Cette galaxie nous laisse voir une masse énergétique bien étendue dans différents niveaux d'énergie. Ce qui m'intriguait chez M87, c'était de photographier au CCD un objet si énergétique. Je voulais capturer sur mes images ses deux principaux compagnons: U 7652 A.B. qui sont deux petites galaxies de magnitude près de 18. Ces deux petites espiègles furent sur ma liste de priorités au printemps 91. À ma grande surprise, il me fallut des poses de seulement 3 minutes pour les voir à l'écran. Et en traitant l'image, j'ai pu mettre en évidence quelques amas globulaires de M87, elle qui en compte des milliers.
Des poses de 2 minutes nous montrent, sous certains paramètres, l'intérieur de M87, soit le noyau lumineux, et surtout le jet de matière qui semble si commun aux quasars et aux galaxies actives. Dès cet instant, je me permis de petites recherches pour mieux comprendre les jets de matière de ce type. Dans le cas de M87, le jet a été étudié depuis un bon moment.

Voici un petit résumé des connaissances de l'époque.

* Selon de nombreuses sources le jet va du noyau jusqu'à 5000 a.l. au N-O de M87. De plus, on signale qu'elle est une source d'émission radio très forte et d'émission R.X. Ceci se retrouve dans plusieurs lectures.
* On y décrit un jet de 30" de longueur vers le N-O, qui se résout en plusieurs points brillants, et on ajoute qu'il serait en expansion.
* On signale M87 comme étant la radio source Virgo A; à l'intérieur, le jet est estimé à 20" de long par 2" de large. On ajoute qu'il est fait de 3 principales concentrations et qu'en lumière visible, il est plus bleu que la lumière de la galaxie.
* Sa lumière serait polarisée, ce qui serait attribuable à l'effet synchrotron.
* La présence d'un contre-jet qui s'éloigne de nous semble se confirmer.

On aurait détecté une masse de 5 milliards de masses solaires au centre de la galaxie; il s'agit probablement d'un trou noir entouré d'un disque d'accrétion.

Ces jets sont probablement des phénomènes jeunes dans des galaxies relativement vieilles, et ils n'y sont que pour quelque temps. Par exemple : Cygnus A : le jet serait âge de 3 millions d'années alors que les étoiles dans l'objet central.auraient près de 10 milliards d'années d'existence.

Ces jets en onde radio sont résolus en noeuds complexes, en boucles et en filaments de particules très énergétiques. Il existe bien des formes de jets; leur forme varie probablement selon leur interaction avec les matières qu'ils rencontrent dans leurs déplacements et leur expansion.
Il existerait même des vents extragalactiques causés par des mouvements des matières éjectées par certains objets. Il serait probable que les quasars et les galaxies montrent des variations lumineuses juste avant l'apparition d'un jet et la matière des jets serait plus légère que certaines matières environnantes, ce qui crée les formes recourbées et bouclées en nodosités de ces jets. On peut facilement conclure, surtout aux extrémités extérieures, qu'il s'agit d'une rencontre avec de la matière plus dense qui cause ces tourbillons.

Une hypothèse veut que le jet de M87, éjecté à très grande vitesse, soit dû à la présence d'un trou noir supermassif au centre de la galaxie. Le jet pourrait se composer des restes d'étoiles qui se seraient approchées trop près du trou noir, et qui auraient été ejectés à grande vélocité dans des jets bipolaires.

Le jet part du centre de la galaxie en s'éloignant en séquences de masses gaseuses de densités variées.
Il semble possible que le jet soit éjecté sur l'axe de rotation de la galaxie; la présence d'un contre-jet serait probable.

De nombreux ouvrages ont servi à me documenter au sujet de M87, en voici la liste.
# BRUNIER, Serge, Nébuleuses et Galaxies, Bordas, Paris, 1981.
# Burnham, Burnham's Celestial Handbook #3, Dover Publications, New York, 1985.
# FIELD, G.B. & CHaisson, E.F, The invisible Universe, Birhaüser Inc, Boston, 1978.
# MALLAS & KREIMER, The Messier Album, Sky Publishing Corporation, New York, 1978. # PASACHOFF, Jay M, Astronomy from the Earth to the Universe, 4th ed., Sanders College Publishing, 1991.

Il est évident que j'ai feuilleté bien des livres et des revues. C'est pourquoi j'ai décidé de concentrer dans ce bref résumé un maximum d'informations recueillies un peu partout. Ceux qui veulent lire un très bon article concernant les jets de matière en général, je vous suggère la revue Astronomy du mois d'août 1990, pages 29 à 37. L'article s'intitule: New views of cosmic jets par Jack O.Burns. C'est, je crois, une information très bien présentée.
M87, telle que je l'ai vue;

Lors d'une observons conventionnelle, M87 ne montre aucune évidence de ce jet, notre oeil étant ébloui par l'ensemble de la surface de la galaxie. Je ne me suis donc pas aperçu de la présence de ce jet en observant à l'oculaire du télescope.

Ma grande surprise vient des poses de 2 à 4 minutes d'exposition au CCD sur la lumière émise par M87. Je suis encore étonné de pouvoir capter la simple présence de ce jet dans le coeur de la galaxie. Mais, non seulement je le vois, je peux aussi le rendre évident et concrètement dominant sur la surface interne de la galaxie. Et ce, sur toutes les images de bonne qualité que j'ai conservées de M87. Les programmes de traitement d'images conçus pour le CCD révolutionnent toutes les techniques photos.

En quelques secondes, un objet diffus devient clair et contrasté, un objet pâle devient lumineux, un négatif devient positif, un petit objet s'agrandit, des fausses couleurs aux tons de gris presqu'à l'infini apparaissent, les images s'animent.

Sur une image travaillée, M87 a un noyau de 23" de diamètre; le jet près du noyau est large de 5" et il s'amincit en s'éloignant la longueur totale du jet est de 22".
Le jet se compose de trois (3) pricipaux segments, séparés par des espaces plus pâles entre chacun. Le troisième segment, celui qui est le plus éloigné du noyau, est un peu décalé de côté par rapport à la ligne faite par les deux premiers segments.

Longueur du premier segment : 9.33"
Longueur du deuxième segment : 7.85"
Longueur du troisième segment : 4.59"
Total : 21.77"

Il peut y avoir une marge d'erreur de quelques secondes d'arc dans ces chiffres.Sur une image non traitée, je retrouve bien le jet, mais le troisième segment se perd dans le blanc du pourtour de la zone entourant le noyau plus brillant. Les mesures retenues sont donc:

Longueur du premier segment : 10.62"
Longueur du deuxième segment : 6.12"
Le noyau a un diamètre de 18.44"
La zone entourant le noyau a 52.1" de diamètre
La longueur totale du jet est de 18.27" en tenant compte des espaces sombres entre les segments.

Mes constatations propres à ce jet sont:
- Ce jet est aussi long que le diamètre apparent du noyau de M87.
- Il y a des espaces plus sombres qui se situent à travers ce jet le séparant en trois (3) segments bien évidents. Il y a même un espace sombre entre le bord du noyau et le premier segment du jet. Le segment le plus éloigné est le plus petit et le plus pâle; il est aussi orienté un peu de côté par rapport aux deux autres segments. Le secteur le plus brillant est celui près du noyau; il est aussi le plus large.

Il serait sûrement bénéfique de prendre des photos en plusieurs filtres précis. Ces images confirmeraient peut-être la courbure du jet en son point le plus éloigné que je peux capter. Ce jet courbe peut-être à cause de son éloignement du noyau un peu comme la queue d'une comète (qui a un mouvement de plus en plus décalé en s'éloignant du Soleil), mais il est plus probable qu'il s'agit de l'interaction entre le jet et la matière qu'il heurte à cet endroit de la galaxie.

Ce résumé est un texte d'initiation à cet aspect particulier des quasars et de certaines galaxies actives.

L'image de gauche nous montre l'aspect habituel qu'a M87 en photos de longues poses.

Les deux images de droite sont deux traitements qui nous permettent d'apercevoir la silhouette du Jet dans le coeur de la galaxie M87.

Gilbert St-Onge & Lorraine Morin

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