3C 120

Son nom BW Tauri vient de la désignation des étoiles variables. Sa variabilité a été identifiée en 1909 par Boris Vasilyevich Kukarkin, qui l'identifiera comme une étoile variable irrégulière[6]. La galaxie Markarian 1506 elle, a été découverte en 1967 par John Caswell et David Wills, lors de la recherche des galaxies hôtes de sources radio du Third Cambridge Catalogue of Radio Sources et du Fourth Cambridge Catalogue of Radio Sources[7], puis elle sera reliée avec l'étoile BW Tauri en 1970.

L'apparition de nœuds radio dans les jets supraluminiques fait suite à des chutes de matière dans la radiogalaxie 3C 120. Cela correspond de manière très générale au comportement de la binaire X à haute masse GRS 1915+105, mais les courbes de lumière du microquasar sont beaucoup plus riches en détails. À partir de 2003, le caractère des courbes de lumière radio et rayons X de 3C 120 a changé, signalant peut-être une nouvelle étape d'activité. Les observations montrent que 3C 120 pourrait s'organiser comme un microquasar solitaire à grande échelle, mais il y a des différences entre les attentes et les observations. Les scientifiques recherchent encore à l'heure actuelle, pourquoi des nœuds radio apparaissent le long des jets de 3C 120[8]. Elle a aussi été confondue directement avec un microquasar, dans un article publié en mai 2003. Décrit comme un microquasar semblable à Cygnus X-1, avec une masse de 7,8 ${\displaystyle M_{\odot }}$[9]. Son disque d'accrétion est épais, et il est d’ailleurs très riche en fer, même à des orbites très proches du trou noir[10] - [11].

Le centre de 3C 120 est un centre variable dans tout le spectre électromagnétique. En étudiant le disque d'accrétion et la couronne du trou noir central, les scientifiques s'apercevront que l'émission du blazar central varie dans deux périodes bien distinctes (185 jours pour la première, 365 jours pour la deuxième)[12]. Les scientifiques pensent que la variation est due à un objet, possiblement un deuxième trou noir, qui perturberait le disque d'accrétion du trou noir central. Mais une hypothèse communément admise est le fait que la couronne pourrait contenir des zones sombres qui feraient éclipse au disque d'accrétion. Cela pourrait aussi être dû à une corrélation entre les jets astrophysiques et le disque d'accrétion du blazar[13].

Les observations du télescope spatial à rayon gamma Fermi ont montré que le centre de 3C 120 est l'auteur de particules élémentaires (principalement des électrons et des photons) très énergétiques. L'objet central de 3C 120 émet des particules chargées à 10 GeV pour les plus énergétiques et 100 MeV pour les moins énergétiques. Les périodes de variabilité montrent que la région qui les a émis est une région compacte, soit un blazar. Les flux d'électrons capturés par le Fermi montrent qu'ils ont été envoyés par un jet de matière, et donc qu'ils ont dû être piégés dans le champ magnétique du trou noir central, confirmant le fait que l'objet central de 3C 120 est bien un blazar[12]. Le disque d'accrétion du blazar est un disque épais et compact (~20 jours lumière soit 0,054 757 a.l., ou 5,24 mas vu depuis la Terre), dont la température effective est estimée entre 17 000 et 60 000 K. Le disque d'accrétion du blazar émet de fortes raies d'atomes doublement, triplement voire quadruplement ionisés, montrant que la région du disque produit un taux exceptionnel d'ionisation, l'un des plus hauts jamais enregistrés. Les raies d'émissions montrent que le disque est composé de fer, hélium[14], oxygène, néon, carbone et hydrogène, tous ionisés. Même si le disque reste relativement pauvre en oxygène, avec un taux de 1/40 de l'abondance d'oxygène du Soleil[15]. Le taux d'ionisation des atomes montre que le disque d'accrétion a une vitesse orbitale de ± 2 000 km/s[16] - [17] - [18]. Une autre observation, faite dans les ondes radio, suggère que le disque d'accrétion du blazar a une température de 1,17 × 10¹⁰ K[19].

Les jets astrophysiques de 3C 120 sont caractérisés par un mouvement supraluminique s'étendant sur plus de ~100 Kpc (~326 000 a.l.) à une vitesse de 1,5 mas/a. Ils sont aussi caractérisés par une variation très rapide de leur émission tout au long de la distance par rapport au centre galactique. Le 24 avril 2015, deux éclatements de sa luminosité gamma, radio et X ont été observés, les deux pics de luminosité ont atteint leurs maximums en 19 minutes et 3,15 heures avec des flux de photons très énergétiques, la variabilité ayant été créée par la génération de jets astrophysiques dans le centre de 3C 120. En étudiant les flux de photons, les scientifiques se rendirent compte que la plupart ont été éjectés d'un tore de poussière par le jet de 3C 120[20]. Certaines mesures du VLBA montrent que le jet est hélicoïdal. Le long du jet, des nœuds de matière dense se créent. Leur structure montre que le trou noir de 3C 120 a connu plusieurs stades d'activité, et les calculs suggèrent que le jet provient d'un milieu interstellaire relativement jeune. La structure de jet interne suggère que l'angle d'ouverture sera plus large que les trajectoires des particules individuelles[21]. Le VLBA a détecté un jet fossile, s'étendant sur plus de ~400 Kpc (~1 304 000 a.l.) ainsi qu'un contre-jet, s'étendant sur ~60 Kpc (~195 000 a.l.), montrant que 3C 120 a connu de fortes périodes d'activité dans le passé[22] - [23] - [24]. Entre 2007 et 2009, il a été observé que l'angle d'émission du jet de 3C 120 change de manière rapide, si bien que l'orientation du jet varie à droite de -3 ± 19° en moins d'un an. Le fait que la polarisation optique et radio varie en corrélation avec le changement d'angle fait que les scientifiques pensent que le trou noir et son champ magnétique sont en rotation simultanée (les deux étant liés). Le jet étant orienté au pôle du trou noir, quand celui-ci est rotation, le jet suit le mouvement du trou noir. Le fait que la polarisation optique et radio varient en même temps que le décalage du jet suggère que cette hypothèse est la bonne. Des rotations similaires ont déjà été identifiées dans le comportement de BL Lacertae et PKS 0735+178[25]. Son jet est aussi connu pour être le sixième jet synchrotron optique extragalactique connu, assez semblable avec le jet de PKS 0521-36[26] - [27]. En utilisant un modèle 3D basée sur les observations multiples, les scientifiques se rendirent compte que le jet de 3C 120 traverse un nuage de gaz, le jet comprime et divise le nuage qui est ionisé par le centre galactique actif, ce qui concorde avec des observations d'une forte raie d'émission dont l'origine était inconnue. Observations faites par Axon et al. en 1989[28]. D'autres observations montrent que le début du jet et le champ magnétique interagissent fortement avec le milieu interstellaire externe de 3C 120. Ce dernier est fortement ionisé par le jet et le champ magnétique, et la structure se situe à 3 ou 4 mas du cœur actif[29].

La galaxie hôte de 3C 120 est une galaxie lenticulaire de type morphologique S0 (plus précisément S0;LPQ;BLRG Sy1)[2]. Sa taille angulaire corrélée à sa distance par rapport à la Terre montre qu'elle mesure ~121 000 a.l. (37 120 pc) de diamètre, soit 1,21 fois le diamètre de la Voie lactée[30]. Son bulbe galactique est très lumineux, distordu et très riche en petites structures (amas d'étoiles, amas globulaire, nébuleuse, etc.). Le fait que les scientifiques ont détecté trois régions d'émission, ce qui n'est généralement pas présent dans une galaxie lenticulaire, ainsi que des coquilles de gaz, fait que 3C 120 a probablement subi une collision avec une autre galaxie pare le passé[31]. Dans une région de 140 pc (~450 a.l.) autour du centre galactique, une température 600 fois supérieure à ce qui est attendu, a été détectée. Il semble qu'un processus intrinsèque dans le jet serait capable de fournir une explosion locale d'énergie des particules et/ou du champ magnétique, pouvant être responsable de l'augmentation de la température de brillance observée dans la région, de son apparition soudaine en avril 2007 et de sa stationnarité apparente[32].

La photométrie U, V et B de 3C 120 suggère que dans les nœuds radio, des régions de formation d'étoiles se créent quand le jet entre en collision avec des nuages de gaz interstellaire, créant ainsi de très forts sursauts de formation[33].

3C 120 est éventuellement l'auteur d'un signal d'oscillation quasi-périodique, présent dans la courbe de lumière des rayons X du noyau galactique actif, l'analyse de la courbe des rayons X présente une oscillation de ∼1,65 jour, à des énergies de 3–79 KeV. Considérant que les signes observés d'oscillation pourraient représenter l'orbite stable la plus interne du disque d'accrétion, les scientifiques ont trouvé un trou noir d'une masse de 1,9 milliard ${\displaystyle M_{\odot }}$ pour un trou noir de Kerr, et 304 millions ${\displaystyle M_{\odot }}$ pour un trou noir de Schwarzschild[34]. Une autre étude basée sur la méthode de la dispersion des vitesses a mesuré que la masse du trou noir de 3C 120 serait de 2,29 × 10⁷ ${\displaystyle M_{\odot }}$[35]. Une autre méthode, la mesure des raies d'émission suggère une masse de 5,55+3,14
−2,25 × 10⁷ ${\displaystyle M_{\odot }}$[36], même si la mesure de l'oscillation quasi-périodique est plus précise, car directe.

• (en) 3C 120 sur la base de données Simbad du Centre de données astronomiques de Strasbourg.
• (en) 3C 120 sur la base de données NASA/IPAC Extragalactic Database.
• (en) 3C 120 sur la base de données LEDA.
• (en) 3C 120 sur Stellarium.org-web.