Défiant la physique : émissions « interdites » d’une galaxie en spirale

Patrick Lesggie

Cette image du télescope spatial Hubble montre MCG-01-24-014. C’est une galaxie spirale située à 275 millions d’années-lumière avec un noyau actif de galaxie, la classant comme une galaxie de Seyfert de type 2. Les galaxies de Seyfert, souvent plus proches de la Terre que les quasars, se distinguent par leurs spectres uniques, en particulier les émissions « interdites » dans les Seyferts de type 2. Crédit : ESA/Hubble & NASA, C. Kilpatrick

Cette image tourbillonnante du télescope spatial Hubble présente une brillante galaxie spirale connue sous le nom MCG-01-24-014, qui est située à environ 275 millions d’années-lumière de la Terre. En plus d’être une galaxie spirale bien définie, MCG-01-24-014 a un noyau extrêmement énergétique, connu sous le nom de noyau actif de galaxie (AGN), c’est pourquoi on l’appelle une galaxie active.

Plus spécifiquement, elle est classée comme une galaxie de Seyfert de type 2. Les galaxies de Seyfert hébergent l’une des sous-classes les plus courantes des AGN, aux côtés des quasars. Alors que la catégorisation précise des AGN est nuancée, les galaxies de Seyfert ont tendance à être relativement proches, où la galaxie hôte reste clairement détectable aux côtés de son AGN central, tandis que les quasars sont invariablement des AGN très éloignés dont les incroyables luminosités éclipsent leurs galaxies hôtes.

Compréhension des galaxies de Seyfert et de leurs spectres

Il existe d’autres sous-classes de galaxies de Seyfert et de quasars. Dans le cas des galaxies de Seyfert, les sous-catégories prédominantes sont de type 1 et de type 2. Elles se différencient l’une de l’autre par leurs spectres – le motif qui résulte lorsque la lumière est divisée en ses longueurs d’onde constitutives – où les lignes spectrales émises par les galaxies de Seyfert de type 2 sont particulièrement associées à des émissions soi-disant « interdites ».

Pour comprendre pourquoi la lumière émise par une galaxie pourrait être considérée comme interdite, il est utile de comprendre pourquoi les spectres existent en premier lieu. Les spectres ont l’aspect qu’ils ont parce que certains atomes et molécules absorbent et émettent de la lumière de manière très fiable à des longueurs d’onde très spécifiques.

La raison de cela réside dans la physique quantique : les électrons (les minuscules particules qui orbitent autour des noyaux des atomes et des molécules) ne peuvent exister qu’à des énergies très spécifiques, et donc les électrons ne peuvent perdre ou gagner que des quantités d’énergie très spécifiques. Ces quantités d’énergie très spécifiques correspondent à certaines longueurs d’onde de lumière absorbées ou émises.

Le phénomène des émissions interdites

Les raies d’émission interdites sont donc des raies d’émission spectrale qui ne devraient pas exister selon certaines règles de la physique quantique. Mais la physique quantique est complexe, et certaines des règles utilisées pour la prédire sont basées sur des hypothèses qui conviennent aux conditions de laboratoire ici sur Terre.

Selon ces règles, cette émission est « interdite » – si improbable qu’elle est négligée. Mais dans l’espace, au milieu d’un noyau de galaxie incroyablement énergétique, ces hypothèses ne sont plus valables, et la lumière « interdite » a l’opportunité de briller en notre direction.