D’étranges sources radio dans un amas de galaxies lointain défient notre compréhension

L’Univers est jonché d’amas de galaxies – d’énormes structures empilées aux intersections de la toile cosmique.

Un seul amas peut s’étendre sur des millions d’années-lumière et être composé de centaines, voire de milliers, de galaxies.

Toutefois, ces galaxies ne représentent que quelques pour cent de la masse totale de l’amas. Environ 80 % de cette masse est constituée de matière noire, et le reste est une “soupe” de plasma chaud : du gaz chauffé à plus de 10 000 000 ℃ et entrelacé de faibles champs magnétiques.

Nous et notre équipe internationale de collègues avons identifié une série d’objets radio rarement observés – une relique radio, un halo radio et une émission radio fossile – au sein d’un amas de galaxies particulièrement dynamique appelé Abell 3266. Ces objets défient les théories existantes concernant à la fois l’origine de ces objets et leurs caractéristiques.

Reliques, halos et fossiles

Les amas de galaxies nous permettent d’étudier un large éventail de processus riches – notamment le magnétisme et la physique des plasmas – dans des environnements que nous ne pouvons pas recréer dans nos laboratoires.

Lorsque les amas entrent en collision les uns avec les autres, d’énormes quantités d’énergie sont injectées dans les particules du plasma chaud, générant une émission radio. Et cette émission se présente sous différentes formes et tailles.

Les “reliques radio” en sont un exemple. Elles sont en forme d’arc et se situent à la périphérie d’un amas. Elles sont alimentées par des ondes de choc qui traversent le plasma, provoquent un saut de densité ou de pression et dynamisent les particules. Un exemple d’onde de choc sur Terre est le bang sonique qui se produit lorsqu’un avion franchit le mur du son.

Les “halos radio” sont des sources irrégulières qui se trouvent vers le centre de l’amas. Ils sont alimentés par les turbulences du plasma chaud, qui donnent de l’énergie aux particules. Nous savons que les halos et les reliques sont générés par des collisions entre des amas de galaxies, mais nombre de leurs détails concrets nous échappent encore.

Il y a ensuite les sources radio “fossiles”. Il s’agit des vestiges radio résultant de la mort d’un trou noir supermassif au centre d’une galaxie radio.

Lorsqu’ils sont en activité, les trous noirs projettent d’énormes jets de plasma bien au-delà de la galaxie elle-même. Lorsqu’ils sont à court de carburant et s’éteignent, les jets commencent à se dissiper. Les restes sont ce que nous détectons comme des radiofossiles.

Abell 3266

Notre nouvel article, publié dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, présente une étude très détaillée d’un amas de galaxies appelé Abell 3266.

Il s’agit d’un système de collisions particulièrement dynamique et désordonné situé à environ 800 millions d’années-lumière. Il présente toutes les caractéristiques d’un système qui devrait être l’hôte de reliques et de halos – pourtant, aucun n’avait été détecté jusqu’à récemment.

Suite aux travaux menés à l’aide du Murchison Widefield Array plus tôt cette année, nous avons utilisé les nouvelles données du radiotélescope ASKAP et de l’Australia Telescope Compact Array (ATCA) pour observer Abell 3266 plus en détail.

Nos données brossent un tableau complexe. Vous pouvez le voir sur l’image principale : les couleurs jaunes montrent les caractéristiques où l’apport d’énergie est actif. La brume bleue représente le plasma chaud, capturé aux longueurs d’onde des rayons X.

Les couleurs plus rouges montrent des caractéristiques qui ne sont visibles qu’à des fréquences plus basses. Cela signifie que ces objets sont plus vieux et ont moins d’énergie. Soit ils ont perdu beaucoup d’énergie avec le temps, soit ils n’en ont jamais eu beaucoup.

La relique radio est visible en rouge près du bas de l’image (voir ci-dessous pour un zoom). Nos données révèlent des caractéristiques particulières qui n’ont jamais été observées auparavant dans une relique.

Sa forme concave est également inhabituelle, ce qui lui vaut le surnom accrocheur de relique “à contre-sens”. Dans l’ensemble, nos données nous permettent de mieux comprendre comment les reliques sont générées, et nous cherchons encore à déchiffrer la physique complexe qui se cache derrière ces objets radio.

Anciens vestiges d’un trou noir supermassif

Le fossile radio, que l’on voit vers le haut à droite de l’image principale (et également ci-dessous), est très faible et rouge, ce qui indique qu’il est ancien. Nous pensons que cette émission radio provenait à l’origine de la galaxie en bas à gauche, avec un trou noir central éteint depuis longtemps.

Nos meilleurs modèles physiques ne peuvent tout simplement pas s’adapter aux données. Cela révèle des lacunes dans notre compréhension de l’évolution de ces sources, lacunes que nous nous efforçons de combler.

Enfin, à l’aide d’un algorithme astucieux, nous avons défocalisé l’image principale pour rechercher les émissions très faibles qui sont invisibles à haute résolution. Nous avons ainsi découvert la première détection d’un halo radio dans Abell 3266 (voir ci-dessous).

Vers l’avenir

C’est le début du chemin vers la compréhension d’Abell 3266. Nous avons découvert une multitude d’informations nouvelles et détaillées, mais notre étude a soulevé encore plus de questions.

Les télescopes que nous avons utilisés jettent les bases d’une science révolutionnaire grâce au projet Square Kilometer Array. Des études comme la nôtre permettent aux astronomes de découvrir ce que nous ne savons pas – mais vous pouvez être sûrs que nous allons le découvrir.

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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche