Les astronomes ont découvert d’énormes caractéristiques de rayon circulaire d’origine inconnue autour de certaines galaxies. Aujourd’hui, de nouvelles observations de celle surnommée Cloverleaf suggèrent qu’elle a été créée par des groupes de galaxies en conflit.
L’étude de ces structures, collectivement appelées ORC (cercles à rayon impair), sous un autre type de lumière, a offert aux scientifiques la possibilité de tout sonder, des ondes de choc supersoniques au comportement des trous noirs.
“C’est la première fois que quelqu’un voit une émission de rayons X associée à un ORC”, a déclaré Esra Bulbul, astrophysicienne à l’Institut Max Planck de physique extraterrestre à Garching, en Allemagne, qui a dirigé l’étude. “C’était la clé manquante pour percer le secret de la formation de Cloverleaf.”
Un article décrivant les résultats a été publié dans Astronomy and Astrophysics Letters le 30 avril.
Une découverte fortuite
Jusqu’en 2021, personne ne connaissait l’existence des ORC. Grâce à l’amélioration de la technologie, les relevés radio sont devenus suffisamment sensibles pour capter des signaux aussi faibles. En quelques années, les astronomes ont découvert huit de ces étranges structures dispersées au hasard au-delà de notre galaxie. Chacune est suffisamment grande pour envelopper une galaxie entière –– parfois plusieurs.
“La puissance nécessaire pour produire une émission radio aussi expansive est très forte”, a déclaré Bulbul. « Certaines simulations parviennent à reproduire leurs formes mais pas leur intensité. Aucune simulation n’explique comment créer des ORC.
Lorsque Bulbul a appris que les ORC n’avaient pas été étudiés à la lumière des rayons X, elle et le chercheur postdoctoral Xiaoyuan Zhang ont commencé à examiner les données d’eROSITA (Extended Roentgen Survey with an Imaging Telescope Array), un télescope à rayons X en orbite germano-russe. Ils ont remarqué une émission de rayons X qui semblait provenir du Cloverleaf, sur la base de moins de 7 minutes d’observation.
Cela leur a donné des arguments suffisamment solides pour constituer une équipe plus grande et obtenir du temps de télescope supplémentaire avec XMM-Newton, une mission de l’ESA (Agence spatiale européenne) avec la contribution de la NASA.
“Nous avions environ cinq heures et demie et les données sont arrivées tard dans la soirée de novembre”, a déclaré Bulbul. « Je l’ai transmis à Xiaoyuan, et il est venu dans mon bureau le lendemain matin et m’a dit : « Détection », et j’ai juste commencé à applaudir !
« Nous avons vraiment eu de la chance », a déclaré Zhang. « Nous avons vu plusieurs sources ponctuelles plausibles de rayons X proches de l’ORC dans les observations eROSITA, mais pas l’émission élargie que nous avons vue avec XMM-Newton. “Il s’avère que les sources d’eROSITA ne pouvaient pas provenir de Cloverleaf, mais elles étaient suffisamment convaincantes pour nous inciter à y regarder de plus près.”
Galaxies vagabondes
L’émission de rayons X retrace la répartition du gaz au sein du groupe de galaxies comme un ruban de police autour d’une scène de crime. En observant comment ce gaz a été perturbé, les scientifiques ont déterminé que les galaxies intégrées dans la Feuille de Trèfle sont en réalité membres de deux groupes distincts qui se sont suffisamment rapprochés pour fusionner. La température de l’émission donne également une idée du nombre de galaxies impliquées.
Lorsque les galaxies se rejoignent, leur masse combinée plus élevée augmente leur gravité. Le gaz environnant commence à tomber vers l’intérieur, ce qui réchauffe le gaz entrant. Plus la masse du système est grande, plus le gaz devient chaud.
Sur la base du spectre des rayons X de l’émission, elle se situe autour de 15 millions de degrés Fahrenheit, soit entre 8 et 9 millions de degrés Celsius. “Cette mesure nous permet de déduire que l’ORC Cloverleaf est hébergé par une douzaine de galaxies qui ont gravité ensemble, ce qui est en accord avec ce que nous voyons dans les images en lumière visible profonde”, a déclaré Zhang.
L’équipe propose que la fusion ait produit des ondes de choc qui ont accéléré les particules pour créer une émission radio.
“Les galaxies interagissent et fusionnent tout le temps”, a déclaré Kim Weaver, scientifique du projet XMM-Newton de la NASA au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, qui n’a pas participé à l’étude. « Mais la source des particules accélérées n’est pas claire. “Une idée fascinante concernant le puissant signal radio est que les trous noirs supermassifs résidents ont connu des épisodes d’activité extrême dans le passé et que les électrons reliques de cette activité ancienne ont été réaccélérés par cet événement de fusion.”
Si les fusions de groupes de galaxies sont courantes, les ORC sont très rares. Et on ne sait toujours pas comment ces interactions peuvent produire des émissions radio aussi puissantes.
“Les fusions constituent l’épine dorsale de la formation de la structure, mais il y a quelque chose de spécial dans ce système qui fait exploser les émissions radio”, a déclaré Bulbul. “Nous ne pouvons pas dire pour l’instant de quoi il s’agit, nous avons donc besoin de données plus nombreuses et plus approfondies provenant à la fois des radiotélescopes et des télescopes à rayons X.”
L’équipe a résolu le mystère de la nature de l’ORC Cloverleaf, mais a également soulevé d’autres questions. Ils prévoient d’étudier la feuille de trèfle plus en détail pour trouver des réponses.
“Nous avons beaucoup à apprendre d’observations plus approfondies, car ces interactions font appel à toutes sortes de sciences”, explique Weaver. « Vous avez à peu près tout ce dont nous traitons dans le cosmos rassemblé dans ce petit paquet. C’est comme un mini univers.
Pour plus d’informations sur la mission XMM-Newton de l’ESA, visitez :
https://science.nasa.gov/mission/xmm-newton/
Par Ashley Balzer
Centre de vol spatial Goddard de la NASACeinture de verdure, Maryland.
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Goddard Space Flight Center de la NASA, Greenbelt, Maryland.
