Lettre d'information de la physique africaine

Le télescope MeerKAT découvre des bulles radio au centre de notre galaxie

MeerKAT at sunset Source: SARAO https://www.sarao.ac.za/gallery/meerkat/

Des images montrent des caractéristiques entièrement nouvelles, dont la plus frappante est une paire de structures en forme de bulle traversant le plan galactique.

Le radiotélescope sud-africain MeerKAT a découvert des bulles géantes au centre de notre galaxie.

Cette découverte est le produit du hasard. Le télescope a été orienté peu avant son inauguration, en juillet 2018, pour obtenir des images montrant les capacités de ce réseau de 64 antennes radio.

Le premier résultat important du radiotélescope

Lorsque les données ont été analysées l'année suivante, ces énormes bulles radio inconnues jusqu'alors sont apparues. Ce premier résultat majeur rapporté avec MeerKAT a été publié dans Nature.

Les bulles s'étendent de part et d'autre du plan galactique sur une distance d'environ 700 années-lumière et se déploient vers l'extérieur. Leur symétrie autour du plan galactique indiqueraient qu’elles tirent leur origine d'un événement explosif exceptionnellement énergique associé au Centre Galactique.

Bubleinterpretation

Le plan galactique, marqué par une série d'éléments lumineux (à gauche ; ligne pointillée sur le dessin de droite), traverse l'image horizontalement. Les bulles radio récemment découvertes s'étendent verticalement au-dessus et au-dessous (à droite : contour bleu pâle). La tache lumineuse dans le coin inférieur gauche (à droite : contour rouge) est une région HII au premier plan de l'image. La ligne HII est émise lorsque de l'hydrogène ionisé se recombine.
Source: SARAO, Oxford University, et le National Radio Astronomy Observatory (NRAO) et adapté par I. Gledhill de Heywood et al., 2019.

Une explosion supermassive

La vitesse du gaz près de la base des bulles et leur contour clairement délimité indiquent une explosion massive de courte durée dans le centre galactique il y a environ 7 millions d'années. Un objet serait-il tombé dans le trou noir supermassif au centre de notre galaxie ? L'événement s'est certainement produit à proximité, mais on ne sait pas encore s'il est lié au trou noir, ou à une période de formation d'étoiles et d'explosions de supernovae beaucoup plus importantes, ou à une combinaison des deux.

En comparaison avec les régions centrales de nombreuses autres galaxies, le trou noir qui a été détecté dans la source radio Sgr A* semble être relativement calme. Des éruptions de rayons X et des événements lumineux dans le domaine optiques exceptionnels et soudains ont toutefois été observés en provenance de cette source. Les causes en sont la chute de corps dans le trou noir, à partir de son disque d'accrétion.

Un environnement difficile

Avec une masse d'environ 4,4 millions de fois celle de notre Soleil, le trou noir au centre de notre galaxie a un rayon d'horizon d'événement - son rayon de Schwarzschild - d'environ 0,08 unité astronomique. Une façon pratique de visualiser cela est de mettre par la pensée ce trou noir Sgr A* à la place du Soleil : il apparaîtrait 20 fois plus gros.

Dans le noyau galactique, qui s'étend jusqu'à environ 4 années-lumière du centre, des milliers d'étoiles se déplacent sur des orbites complexes. La formation des étoiles s'est faite à un rythme relativement constant au cours des 100 derniers millions d'années, par des épisodes occasionnels de courte durée.

Actuellement, nous observons de grands volumes qui sont proches de la densité critique pour la formation des étoiles. Proche de Sgr A*, dans cet environnement extrême, se trouve un magnétar, étoile à neutrons avec un champ magnétique extraordinairement élevé, en l'occurrence entre 109 et 1011 teslas (les aimants permanents les plus puissants sur Terre sont inférieurs à 5 teslas).

Un mécanisme inconnu

La partie interne du noyau galactique, d'une longueur de 800 années-lumière, contient « de grandes quantités de gaz moléculaire chaud, un taux élevé d'ionisation sous l'effet des rayons cosmiques, une chimie des gaz inhabituelle, une émission synchrotron accrue et une multitude de filaments magnétiques émetteurs de rayonnements, dont l'origine n'a pas été établie », selon les auteurs de l'article de Nature. De part et d'autre du centre galactique s'étendent deux lobes de plasma émettant des rayons gamma et des rayons X, connus sous le nom de bulles de Fermi, qui s'étendent jusqu'à 25 000 années-lumière du noyau.

Les auteurs font remarquer que l'événement qui a formé les bulles de Fermi pourrait être le mécanisme qui a généré une très haute densité de particules de rayons cosmiques, et a accéléré les particules relativistes qui éclairent les filaments magnétisés brillants dans les images du centre galactique.

Les auteurs

Dans un effort international de cette envergure, les collaborations d'auteurs reconnaissent une multitude de rôles. Il est utile d'expliquer les contributions partagées, car cette pratique peut être déroutante pour les auteurs d'autres domaines : comment tant de personnes peuvent-elles apporter une réelle contribution à un article ? Dans le cas présent, Ian Heywood et Fernando Camilo ont planifié ces observations MeerKAT ; tous deux font partie de l'Observatoire sud-africain de radioastronomie, et Ian Heywood est également affilié aux universités de Rhodes et d'Oxford. Ian Heywood a effectué l'étalonnage et l'imagerie des observations. Ces deux auteurs ont rédigé l'article avec Farhad Yusef-Zadeh et William Cotton, tous deux des États-Unis. Les 94 autres auteurs, dont la plupart sont sud-africains, ont contribué à la planification, la conception, la construction, la mise en service ou l'exploitation du radiotélescope MeerKAT, et tous font collectivement partie de ce que l'on appelle la liste des constructeurs du télescope MeerKAT. Nombre d'entre eux sont des étudiants ou d'anciens étudiants dans le cadre du programme SKA-Afrique du Sud de bourses d'études supérieures, de subventions et de bourses de recherche.

Igle Gledhill, Arique du sud

Cet article a d'abord été publié par African Physics Newsletter (© 2020 American Physical Society). Il a été traduit en français par Afriscitech.

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