Markarian 421, ou Mrk 421, est un blazar situé à environ 397 millions d’années-lumière dans la constellation de la Grande Ourse. C’est l’une des sources extragalactiques les plus lumineuses en rayons X et en rayons gamma observables depuis la Terre, et le premier blazar détecté au-delà de 1 TeV d’énergie. Son trou noir supermassif central, d’environ 300 millions de masses solaires, alimente un jet relativiste pointé presque directement vers nous — configuration qui amplifie considérablement son rayonnement par effet Doppler.
Description
Les blazars sont une sous-catégorie extrême des noyaux actifs de galaxies, caractérisée par l’alignement fortuit du jet relativiste avec la ligne de visée de l’observateur. Cet alignement produit un effet de renforcement Doppler qui rend ces objets extraordinairement lumineux et variables à toutes les longueurs d’onde. Markarian 421 est l’archétype de cette classe d’objets dans l’hémisphère nord céleste.
Son jet, produit par le trou noir central en accrétion active, transporte de la matière à des vitesses supérieures à 99% de la vitesse de la lumière. La physique de ce jet reste partiellement incomprise : les mécanismes d’accélération des particules et les processus responsables de l’émission gamma de très haute énergie font l’objet de débats actifs dans la communauté. Les principales hypothèses impliquent des chocs dans le jet ou des processus de reconnexion magnétique.
Mrk 421 présente des sursauts d’émission spectaculaires, parfois appelés flares, durant lesquels sa luminosité peut augmenter d’un facteur 10 à 100 en quelques heures. Ces éruptions, observées simultanément en rayons X et en rayons gamma, ont permis de contraindre la taille de la région d’émission à quelques unités astronomiques seulement.
Observation
Markarian 421 est observable aux longueurs d’onde de très haute énergie :
- À l’œil nu : invisible
- En rayons X : source extrêmement brillante, visible par tous les grands observatoires X
- En rayons gamma TeV : observable par les télescopes Cherenkov atmosphériques (MAGIC, VERITAS, H.E.S.S.)
En période de forte activité, c’est souvent la source extragalactique la plus brillante du ciel en rayons X.
Particularités
Markarian 421 a été la première source extragalactique détectée au-dessus de 1 TeV (1 000 milliards d’électronvolts) par le télescope Whipple en 1992 — une détection qui a ouvert le domaine de l’astronomie gamma de très haute énergie sur les AGN.
Sa proximité relative en fait une cible idéale pour calibrer les modèles d’émission des blazars et pour tester la transparence de l’univers au rayonnement gamma via le fond de lumière extragalactique (EBL). Chaque photon gamma de haute énergie voyageant sur 400 millions d’années-lumière porte en effet l’empreinte des interactions avec les photons du fond infrarouge cosmique.
Des observations IXPE ont récemment mesuré la polarisation en rayons X du jet de Mrk 421, révélant une structure magnétique ordonnée — un résultat crucial pour comprendre les mécanismes d’accélération des particules dans les jets relativistes.