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.

Cependant, ces galaxies ne représentent que quelques pour cent de la masse totale d’un amas. Environ 80 % de celle-ci est de la matière noire, et le reste est une “soupe” de plasma chaud : du gaz chauffé à plus de 10 000 000 °C et entrelacé de champs magnétiques faibles.

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. Ils défient les théories existantes sur les origines de tels objets et leurs caractéristiques.

(Christopher Riseley, utilisant les données d’ASKAP, ATCA, XMM-Newton et Dark Energy Survey)

Ci-dessus : L’amas en collision Abell 3266 vu à travers le spectre électromagnétique, en utilisant les données d’ASKAP et de l’ATCA (couleurs rouge/orange/jaune), XMM-Newton (bleu) et le Dark Energy Survey (fond de carte).

Reliques, auréoles et fossiles

Les amas de galaxies nous permettent d’étudier un large éventail de processus riches – y compris 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 mises dans les particules du plasma chaud, générant des émissions radio. Et cette émission se présente sous une variété de formes et de tailles.

Les “reliques radio” en sont un exemple. Ils sont en forme d’arc et se trouvent à la périphérie d’un cluster, alimentés par des ondes de choc traversant le plasma, qui 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 situées vers le centre du cluster. Ils sont alimentés par la turbulence dans le plasma chaud, qui donne de l’énergie aux particules. Nous savons que les halos et les reliques sont générés par des collisions entre des amas de galaxies – mais bon nombre de leurs détails granuleux restent insaisissables.

Ensuite, il y a les sources radio « fossiles ». Ce sont les restes radio de la mort d’un trou noir supermassif au centre d’une radio galaxie.

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

Abel 3266

Notre nouvel article, publié dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Societyprésente une étude très détaillée d’un amas de galaxies appelé Abell 3266.

Il s’agit d’un système de collision particulièrement dynamique et désordonné à environ 800 millions d’années-lumière. Il a toutes les caractéristiques d’un système qui devrait être l’hôte de reliques et de halos – mais 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 de nouvelles données du radiotélescope ASKAP et de l’Australia Telescope Compact Array (ATCA) pour voir Abell 3266 plus en détail.

Nos données brossent un tableau complexe. Vous pouvez le voir sur l’image principale : les couleurs jaunes indiquent les éléments 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 anciens et ont moins d’énergie. Soit ils ont perdu beaucoup d’énergie au fil du temps, soit ils n’ont jamais eu grand-chose au départ.

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

Abell3266 4(Christopher Riseley, utilisant les données d’ASKAP, ATCA, XMM-Newton et Dark Energy Survey)

Ci-dessus : la relique “à contresens” d’Abell 3266 est illustrée ici avec des couleurs jaune/orange/rouge représentant la luminosité de la radio.

Sa forme concave est également inhabituelle, ce qui lui vaut le surnom accrocheur de relique “à l’envers”. Dans l’ensemble, nos données brisent notre compréhension de la façon dont les reliques sont générées, et nous travaillons toujours à déchiffrer la physique complexe derrière ces objets radio.

Vestiges antiques d’un trou noir supermassif

Le fossile radio, vu vers le coin supérieur droit de l’image principale (et également ci-dessous), est très faible et rouge, indiquant 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 qui a longtemps été éteint.

Abell3266 4(Christopher Riseley, utilisant les données d’ASKAP, ATCA, XMM-Newton et Dark Energy Survey)

Ci-dessus : le fossile radio d’Abell 3266 est représenté ici avec des couleurs et des contours rouges représentant la luminosité radio mesurée par ASKAP, et des couleurs bleues montrant le plasma chaud. La flèche cyan pointe vers la galaxie qui, selon nous, a autrefois alimenté le fossile.

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

Enfin, à l’aide d’un algorithme intelligent, nous avons défocalisé l’image principale pour rechercher une émission très faible invisible à haute résolution, déterrant la première détection d’un halo radio dans Abell 3266 (voir ci-dessous).

Abell3266 4(Christopher Riseley, utilisant les données d’ASKAP, ATCA, XMM-Newton et Dark Energy Survey)

Ci-dessus : Le halo radio d’Abell 3266 est représenté ici avec des couleurs et des contours rouges représentant la luminosité radio mesurée par ASKAP, et des couleurs bleues montrant le plasma chaud. La courbe cyan en pointillé marque les limites extérieures du halo radio.

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 de la science révolutionnaire du projet Square Kilometre Array. Des études comme la nôtre permettent aux astronomes de découvrir ce que nous ne savons pas, mais vous pouvez être sûr que nous allons le découvrir.

Nous reconnaissons le peuple Gomeroi en tant que propriétaire traditionnel du site où se trouve l’ATCA, et le peuple Wajarri Yamatji en tant que propriétaire traditionnel du site de l’Observatoire de radioastronomie de Murchison, où se trouvent ASKAP et le Murchison Widefield Array. La conversation

Christopher Riseley, chercheur, Università di Bologna et Tessa Vernstrom, chercheur principal, The University of Western Australia.

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l’article d’origine.

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