Variabilité
Quasars
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Nature et Classification
Variabilité
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La variabilité dans l'ensemble du domaine spectral, du domaine radio à celui des rayons X, en passant par l'optique et l'UV, est une caractéristique commune des Noyaux Actifs de Galaxies.
Cette variabilité a été mise en évidence avant que la nature des AGN ne soit percée : en 1956, Deutsch rapporte une variation de luminosité de 1 magnitude pour NGC 5548, une galaxie de Seyfert. En préparant un Catalogue de référence de galaxies brillantes, Antoinette de Vaucouleurs note des fluctuations de luminosité de NGC 3615, NGC 4051, NGC 4151 qui excédent les incertitudes de mesures sur les clichés obtenus en 1958.
Dès les premières études qui mettront en évidence les quasars, cette caractéristique est détectée (par exemple étude de 3C48 en 1960 par Sandage qui note une variation de 0,4 mag). La variabilité dans le domaine radio est établie en 1965 par Dent et une décennie plus tard, la variabilité dans le domaine des rayonnements X est détectée par les premiers satellites X (OSO-7, Uhuru et Copernic).L'étude des plaques photographiques enregistrées sur plusieurs dizaines d'années va permettre d'établir des suivis historiques de plusieurs objets.
A partir d'une étude historique de ces AGN sur les plaques photographiques de Harvard (20 qso, 1 seyfert -3C120 et deux objets non identifiés précisément à l'époque "qso or seyfert" - TON 730 et 1542), Angione a déterminé 5 classes de variablité :
Classe I écart-type <0.2 mag variabilité de faible amplitude (<0.1 mag.)
Classe II écart-type > 0.2 mag amplitude de variation inférieure à 1.0 mag.
Classe III écart-type >0.2 mag amplitude de variation supérieure à 1.0 mag. Nombreux sursauts d'activité (flares)
Classe IV Variations rapide de luminosité supérieure à 2 mag.
Classe V Distincte des autres classes : quasars présentant en plus de leur variabilité sur une courte période des évolutions ou une quasi périodicité sur des périodes de 10 ou 20 ans.
Courbe de lumière de 3C454.3 reconstituée par Angione à partir des plaques de l'Observatoire de Harvard
En 1968, une radio source - VRO 42.22.01 - est identifiée à l'étoile variable BL Lacertae (Smchmitt 1968). Les caractéristiques particulières de cet objet en fait le prototype d'une nouvelle catégorie, les lacertides ou objets de type BL Lac, dont la variabilité est particulièrement importantes. Avec une autre classe d'AGN, les Quasars OVV (pour Objets Violemment Variables) ils vont constituer le groupe des Blazars (contrcation de BL et quasars). L'amplitude de variation de ces objets peut atteindre 5 magnitudes.
La même année, la radio source 3C120 est assimilée avec l'étoile variable BW TAU. L'étude systématique catalogue général des étoiles variables (GVCS) va permettre de déterminer que plus d'une vingtaine d'étoiles variables sont en réalité des objets extragalactiques ; ce sera notamment le cas de W Comae, AP Lib, X Comae, V395 Her ...
Jusque dans les années 90 la plupart des études de variabilité publiées sont assez succintes : de nombreux AGN sont étudiés, mais avec un nombre d'observations limité. Cela n'empêche pas certains auteurs de spéculer sur la périodicité supposée de certains objets. Les limites de ces études et la considérable amélioration des moyens d'observation apporté par la CDD va amener certaines équipes à développer des campagnes d'observations intensives et de longue durée, notemment gräce à des observatoires automatisés et dédiés à l'étude des AGN (p.e. Tuorla, Perugia). Dans ce domaine, les astronomes amateurs peuvent apporter une contribution importante.
La liste AAVSO contient plusieurs dizaines d'AGN
Type de variabilité
Les AGN présentent
- des modes variations de luminosités fort disparates,
- d'amplitudes variées, du 1/10ème de magnitude jusqu'à 5 magnitudes,
- avec des échelles de temps allant de quelques minutes à plusieurs années.On peut relever :
- des fluctuations rapides, en apparence aléatoires
- des sursauts brutaux de luminosité (flares, outbursts)
- des tendances à long termes
Ces différents comportements peuvent être illustrés par la courbe historique de luminosité du blazar OJ287 :
1. de lentes évolutions sur plusieurs décennies (50 ans environ) de 5 magnitudes d'amplitude
2. des sursauts brutaux d'activité pouvant atteindre 3 magnitudes
3. des oscillations sur de courtes périodes de plusieurs dizièmes de magnitudes
4. des variations d'un ordre de grandeur de 1/10è de magnitude (non visibles sur le graphique) à des échelles de quelques dizaines de minutesAucune étude n'a pu déterminer une périodicité de façon certaine, à l'exception notable d'OJ287 qui présente un double sursaut tous les 12 ans environ. Toutefois de nombreux travaux publiés concluent à des périodicités (pe 3C66A).
Les AGN présentant les plus grandes amplitudes de luminosité sont les blazars classe qui regroupe les objets de type BL Lacertae et les quasars OVV (objets violemment variables).
3C 279 présente une amplitude de variabilité de 6,7 magnitudes (B) [Eachus & Liller 1975]. La variation la plus rapide a été rapportée par Xie & al. (1999) qui ont mis en évidence une variation DV = 1.17 en 40 mn. Un sursaut de 2 magnitudes en 24 heures a été observé (Webb & al. 1990)
Certaines études portent sur la microvariablité : faibles variations à des échelles de temps trés courtes.
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Sources
QSO historical lightcurves, Angione R (1974), A.J., Vol. 78
Variability of AGN, Ulrich M.H. & al (1997), Annu. Rev. Astron. Astrophys., 35
Variability of AGN from optical to X rays regions, Gaskell M. & Klimek E. (2003), Astron. & Astrophys. Transactions, Vol. 22
AGN variability, Kawaguchi T. & Mineshige E. (1999), IAUS, Vol. 94