Observer · Ciel profond

Le quasar 3C 273

Un point de lumière anodin dans la Vierge, de magnitude 12,9. Aucun détail, aucune couleur, rien qui accroche l'œil. Et pourtant : c'est l'objet le plus lointain que vous puissiez atteindre à travers un oculaire — un trou noir de 886 millions de masses solaires, à 2,44 milliards d'années-lumière, dont la lumière est partie bien avant l'apparition des animaux sur Terre.

1: premier quasar de l'histoire identifié, par Maarten Schmidt en 1963
12 ,9: de magnitude apparente : un simple point stellaire à l'oculaire
2 ,4 milliards d'al: de distance : l'objet le plus lointain visible à l'œil dans un télescope
4000: milliards de fois plus lumineux que le Soleil, tous rayonnements confondus
886: millions de masses solaires : le trou noir qui l'alimente

Ce que c'est

Le phare le plus violent de l'Univers proche

Un quasar — de l'anglais quasi-stellar radio source, « source radio d'aspect stellaire » — n'est pas une étoile. C'est le noyau ultra-lumineux d'une galaxie active : au centre d'une immense galaxie elliptique, un trou noir supermassif de 886 millions de masses solaires dévore la matière environnante. Avant de disparaître, ce gaz s'échauffe dans un disque en spirale jusqu'à des températures folles et rayonne. Le processus est d'une efficacité inouïe — il convertit entre 6 et 32 % de la masse avalée en lumière, là où la fusion nucléaire d'une étoile n'en tire que 0,7 %.

Le quasar 3C 273 photographié par Hubble : un astre éclatant qui écrase sa galaxie hôte — 3C 273 — Hubble ESA (CC BY 2.0)

Plus brillant que des centaines de galaxies

Sa magnitude absolue atteint −26,7. Concrètement, 3C 273 brille comme 4 000 milliards de Soleils — il rayonne plusieurs milliers de fois l'énergie d'une galaxie entière comme la Voie lactée et ses centaines de milliards d'étoiles. Son propre éclat écrase sa galaxie hôte d'un facteur 16 : le noyau est si aveuglant qu'il faut masquer sa lumière pour deviner la galaxie qui l'abrite.

Un jet de 200 000 années-lumière

Le trou noir n'avale pas tout : il recrache une partie de la matière en un jet relativiste lancé à une vitesse proche de celle de la lumière. Ce jet s'étire sur près de 200 000 années-lumière — deux fois le diamètre de notre Galaxie. On le voit sur les images de Hubble comme une traînée de 23″ pointant hors du noyau. Il file presque droit vers nous, à environ 6° de notre ligne de visée, ce qui amplifie encore son éclat.

Le quasar le plus proche… et le plus brillant

Avec un décalage vers le rouge de z = 0,158, 3C 273 compte parmi les quasars les plus proches de nous. C'est aussi, de loin, le plus brillant du ciel : sa magnitude apparente de 12,86 le met à portée d'un télescope d'amateur, exploit qu'aucun autre quasar n'égale. Sa distance de 2,44 milliards d'années-lumière (749 mégaparsecs) en fait l'objet le plus lointain qu'un observateur puisse atteindre à l'œil nu derrière un oculaire.

Une lampe qui vacille

3C 273 n'a pas d'éclat fixe. Sa luminosité varie sur toutes les longueurs d'onde, de quelques jours à plusieurs décennies : sa magnitude visuelle oscille en pratique entre 12,0 et 13,0 environ. Ces sautes trahissent l'échelle minuscule de la source — quelques jours-lumière à peine, la taille du Système solaire — d'où sort toute cette énergie. La lumière que vous captez ce soir a voyagé 2,4 milliards d'années pour arriver, mais elle porte encore les soubresauts du disque.

Carte d'identité de 3C 273
Repère	Valeur
Type d'objet	quasar (noyau actif de galaxie)
Constellation	la Vierge
Magnitude	12,9 (variable, ~12,0 à 13,0)
Distance	~2,44 milliards d'al (749 Mpc, z = 0,158)
Taille apparente	point stellaire ; jet de 23″
Saison	printemps (mars à juillet)
Diamètre minimal	~150 mm sous bon ciel (idéal 200 mm)
Aucune ligne ne correspond au filtre.

1963

Le soir où l'Univers a grandi

1959
Le troisième catalogue de Cambridge recense des centaines de sources radio du ciel. La 273ᵉ, très intense, n'a pas d'astre visible clairement associé : elle reste une énigme, un nom sans visage — 3C 273.
1962
Cyril Hazard exploite une occultation de 3C 273 par la Lune, au radiotélescope de Parkes : l'instant précis où la Lune éteint puis rallume la source livre sa position au dixième de seconde d'arc. Enfin, on sait où pointer un télescope optique.
1963
Maarten Schmidt braque le télescope de 5 mètres du mont Palomar. Le spectre est incompréhensible : des raies d'émission qui ne correspondent à aucun élément connu, à leur place habituelle.
Février 1963
Schmidt réalise que ces raies « bizarres » sont celles, ultra-banales, de l'hydrogène — mais décalées vers le rouge de 15,8 %. L'objet fuit à des dizaines de milliers de km/s : il est à des milliards d'années-lumière, donc démesurément lumineux. Le concept de quasar est né.

La portée de cette lecture est vertigineuse. Si un astre d'apparence stellaire — un simple point — présente un tel décalage vers le rouge, alors l'expansion de l'Univers le place à une distance colossale. Et pour qu'il reste visible de si loin, il doit briller comme rien de connu. En quelques semaines, Schmidt et ses collègues comprennent qu'ils ont sous les yeux une classe d'objets entièrement nouvelle : des trous noirs géants en train de dévorer leur galaxie. Schmidt forge le terme quasi-stellar object, vite raccourci en quasar. On en connaît aujourd'hui des centaines de milliers — mais 3C 273 fut le premier dont on ait percé la nature. Son nom vient du 3ᵉ Catalogue de Cambridge de radiosources, où il porte le numéro 273 ; c'est une occultation par la Lune, en 1962, qui avait d'abord fixé sa position exacte au radiotélescope de Parkes. Aujourd'hui encore, il sert d'étalon : sa lumière traverse le milieu intergalactique et sonde les nuages invisibles sur la ligne de visée, et sa magnitude oscille entre magnitude 11,7 et magnitude 13,2 au fil des mois, à surveiller sur plusieurs semaines.

En photo

Ce que voient les télescopes que vous n'aurez jamais

$3C 273 vu par Hubble, un astre éclatant aux aigrettes de diffraction$

Comprendre

Un noyau qui aveugle sa propre galaxie

À gauche, le quasar dans toute sa violence. À droite, la même cible dont on a masqué le noyau au coronographe : apparaît alors la galaxie elliptique qui l'abrite, noyée d'ordinaire sous l'éclat central.

3C 273 : le noyau éblouissant, puis la galaxie qu'il cache — vue coronographiée : NASA, A. Martel (JHU), l'équipe scientifique ACS, J. Bahcall (IAS) et l'ESA (domaine public, STScI-PRC03-03)

3C 273 : le noyau du quasar écrase tout le champ de sa lumière

3C 273 coronographié : la galaxie hôte et son environnement deviennent visibles

Le trouver

Dans la Vierge, au printemps, une carte à la main

3C 273 se cache dans la Vierge, constellation reine des nuits de printemps, haute dans le ciel du sud en avril et mai. Le point de départ est l'étoile η Virginis (Zaniah) : le quasar se tient à environ 3° au nord-ouest, à la position 12h 29m / +02° 03′. Aucune étoile-guide brillante ne le désigne : il se fond parmi des astres de champ de magnitude comparable. Sans une carte de champ détaillée — chercheur puis oculaire — vous le regarderez sans le savoir. C'est le seul objet du ciel où la carte n'est pas un confort, mais la condition même de l'observation.

Carte de champ détaillée pour localiser 3C 273 parmi les étoiles de la Vierge — Carte de champ — Klaus Hohmann (domaine public)

Attendez le printemps et une nuit sans lune

La Vierge culmine de mars à juillet. Visez une nuit noire, sans Lune, avec le quasar haut au-dessus de l'horizon sud — l'atmosphère est plus stable et le fond de ciel plus sombre, ce qui compte pour un objet aussi faible.
Pointez η Virginis (Zaniah)

Repérez d'abord cette étoile de magnitude 3,9 à l'ouest de l'épi de la Vierge (Spica). Elle est votre ancre : 3C 273 est à trois degrés de là, soit un peu plus d'un champ de chercheur.
Cheminez à la carte, étoile par étoile

Grossissez modérément (×80 à ×150) et suivez votre carte de champ motif par motif jusqu'au petit alignement qui encadre la cible. Il n'y a pas de raccourci : c'est un jeu de patience, comparé au champ imprimé.
Identifiez le bon point — et arrêtez-vous

Quand la carte confirme que ce point de magnitude 12,9 est bien le quasar, laissez l'œil s'y poser. Il ne se passera rien de plus. Le spectacle est intérieur : cette lumière a quitté sa source il y a 2,4 milliards d'années.

3C 273 selon votre instrument
Avec quoi	Ciel requis	Ce que vous atteignez
Jumelles 10×50	—	hors de portée : la magnitude 12,9 est trop faible
Télescope 100–130 mm	ciel noir de campagne	à la limite, en vision décalée, un point à peine perceptible
150 mm	bon ciel, sans lune	accessible : un point net une fois identifié à la carte
200 mm et plus	ciel correct	confortable : le quasar est franc, on le compare aux étoiles voisines
Aucune ligne ne correspond au filtre.

L'avis de Luc

« Cette lumière est partie il y a 2,4 milliards d'années » : la phrase se garde pour l'instant où la personne a déjà haussé les épaules devant un point terne. Elle recolle alors l'œil à l'oculaire, et c'est tout l'intérêt de 3C 273 — un objet qui ne se grave pas par ce qu'il montre, mais par ce qu'on en sait. Une précaution matérielle conditionne la réussite : imprimer la carte de champ. Sans elle, on passe dessus sans le voir, dans un 200 mm comme dans n'importe quel autre.

Continuer

À explorer autour de 3C 273

M104, le Sombrero Une autre galerie de la Vierge : la galaxie au grand chapeau, accessible dès 100 mm.

Carte de la Vierge : Spica et Porrima nommées, la figure de la constellation en vert, l'écliptique en bleu et les galaxies M49, M60, M84, M86, M87 et M104 marquées en rouge

Se repérer dans la Vierge L'épi de Spica, Zaniah et le champ de galaxies : la carte du ciel de printemps.

Le ciel profond, honnêtement Photo contre visuel : pourquoi un point de magnitude 12,9 vaut plus qu'il n'en a l'air.

Quel télescope pour atteindre 3C 273 ?

Descendre à la magnitude 12,9 et séparer le quasar de ses voisines demande au moins 150 mm sous un bon ciel. Nos choix de tubes par diamètre et par budget.

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