De nombreux AGN (active galactic nuclei) semblent projeter des jets de matière à une vitesse supraluminique. C’est également le cas de certains microquasars. Comment est-ce possible ?

Les AGN comme les microquasars sont des trous noirs autour desquels s’est développé un disque d’accrétion. Le champ magnétique intense de ces trous noirs projette de la matière à une vitesse proche de la vitesse de la lumière en direction des pôles. Cette matière, en interagissant avec le milieu environnant, émet un rayonnement puissant qui dessine un jet luminescent et c’est la progression de ce jet dont les astronomes mesure la vitesse.

Comment mesure-t-on cette vitesse ? Très simplement en effectuant deux relevés, l’un à l’instant t₁ et l’autre à l’instant t₂ puis en évaluant la distance parcourue par le front du jet entre ces deux instants. C’est là que le bât blesse…

Tout d’abord, il faut rappeler que la seule mesure de distance accessible est une mesure tangentielle. Supposons par exemple que le jet se déplace dans notre direction avec un angle d’incidence theta et une vitesse v, la vitesse tangentielle du jet sera égale à : 

Détaillons le processus de mesure. Le signal reçu à l’instant t₁ a, en fait, été envoyé à l’instant t₁’ :

D étant la distance qui nous sépare de l’objet mesuré. Quant au signal reçu à l’instant t₂ il été envoyé à l’instant t₂’ :

Le front s’est en effet rapproché de l’observateur entre ces deux instants. On peut donc écrire :

Ou encore :

Lorsque v est très proche de la vitesse de la lumière c, l’intervalle de temps mesuré par les astronomes peut être significativement plus petit que l’intervalle de temps réel… et donc la vitesse apparente peut être beaucoup plus grande que la vitesse réelle ! Supposons par exemple que theta soit égal à 30 degrés et que v soit égal à 95% de la vitesse de la lumière. L’intervalle de temps mesuré dans ce cas est 5,5 plus petit que l’intervalle de temps réel. Même en tenant compte de la projection tangentielle, la vitesse mesurée sera plus de deux fois et demie la vitesse réelle. Le mystère des jets supraluminiques est donc une simple illusion d’optique !

Les mesures effectuées après la détection de l’événement GW100817 (collision de deux étoiles à neutrons détectée par LIGO) en sont un parfait exemple. En octobre 2017 (t₀ + 75j), le résidu issu de la fusion des deux étoiles à neutrons a été localisé à deux années-lumière du point de collision. En avril 2018 (t₀ + 270j) il était pointé à 4 années-lumière : une vitesse apparente plus de deux fois supérieure à la vitesse de la lumière !