Markarian 501, ou Mrk 501, est un blazar situé à environ 456 millions d’années-lumière dans la constellation d’Hercule. Alimenté par un trou noir supermassif de près de 900 millions de masses solaires, il est l’un des blazars les plus proches et les mieux étudiés du ciel. Son jet relativiste, orienté presque directement vers la Terre, produit un rayonnement intense des ondes radio aux rayons gamma de très haute énergie.
Description
Markarian 501 appartient à la classe des blazars de type HBL (High-frequency peaked BL Lac objects), caractérisés par un pic d’émission synchrotron dans les rayons X durs. Cette propriété en fait une source privilégiée pour les études de polarisation en rayons X, une technique qui permet de sonder la structure du champ magnétique dans le jet relativiste avec une précision inégalée.
Le jet de Mrk 501 transporte des électrons ultra-relativistes accélérés à des énergies considérables. Ces électrons spiralisent autour des lignes de champ magnétique en émettant un rayonnement synchrotron polarisé dans les rayons X. La mesure de cette polarisation révèle l’organisation du champ magnétique à l’intérieur du jet — information clé pour distinguer entre les différents modèles d’accélération des particules.
Mrk 501 a connu en 1997 l’un des flares les plus intenses jamais observés dans un blazar, durant lequel son flux en rayons X et en rayons gamma a augmenté d’un facteur ~50. Cet événement exceptionnel a été simultanément observé par de nombreux instruments, constituant une campagne multi-longueurs d’onde qui reste une référence dans la littérature scientifique.
Observation
Mrk 501 est observé principalement aux hautes énergies :
- À l’œil nu : invisible
- En rayons X : source brillante et variable, régulièrement monitored par XMM-Newton, Swift et IXPE
- En rayons gamma TeV : source bien établie, observable par MAGIC, VERITAS et H.E.S.S.
Son état d’activité varie considérablement dans le temps, alternant entre périodes calmes et sursauts spectaculaires qui mobilisent des réseaux d’observation internationaux.
Particularités
En 2022, le télescope spatial IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) a mesuré pour la première fois la polarisation en rayons X du jet de Markarian 501. Les résultats ont montré un degré de polarisation élevé et une direction de polarisation alignée perpendiculairement à l’axe du jet — signature d’un champ magnétique organisé transversalement, cohérent avec des modèles impliquant des chocs d’accrétion dans le jet.
Ces mesures de polarisation X, comparées aux mesures radio et optiques simultanées, ont permis de contraindre pour la première fois la géométrie magnétique du jet à différentes échelles spatiales — une avancée majeure pour comprendre les mécanismes physiques qui propulsent et accélèrent la matière dans ces structures colossales.
Mrk 501 est également l’une des sources utilisées pour tester la violation de l’invariance de Lorentz à des énergies extrêmes : les photons gamma de haute énergie qu’il émet, s’ils se déplaçaient à des vitesses légèrement différentes selon leur énergie (comme le prévoient certaines théories de gravitation quantique), produiraient des délais mesurables lors de sursauts brefs et intenses.