Une image en mosaïque du centre de la Voie lactée, capturée par des ondes radio. Les filaments magnétiques sont de grandes entailles verticales sur l’image. Crédit : Northwestern University
Un tournant dans notre compréhension de ces structures, dit le chercheur.
Une nouvelle image télescopique sans précédent de la Voie lactée centre turbulent de la galaxie a révélé près de 1.000 fils mystérieux, inexplicablement suspendus dans l’espace.
S’étendant jusqu’à 150 années-lumière de long, les brins (ou filaments) unidimensionnels se trouvent par paires et en amas, souvent empilés à égale distance, côte à côte comme les cordes d’une harpe. En utilisant les observations aux longueurs d’onde radio, Northwestern UniversityFarhad Yusef-Zadeh, de l’université Northwestern, a découvert ces filaments magnétiques hautement organisés au début des années 1980. Il a découvert que ces filaments mystifiants sont constitués d’électrons de rayons cosmiques qui font tournoyer le champ magnétique à une vitesse proche de celle de la lumière. Mais leur origine est restée un mystère non résolu depuis lors.
Maintenant, la nouvelle image a exposé 10 fois plus de filaments que ceux découverts précédemment, permettant à Yusef-Zadeh et son équipe de mener des études statistiques sur une large population de filaments pour la première fois. Ces informations pourraient les aider à élucider ce mystère de longue date.
L’étude est maintenant disponible en ligne et a été acceptée pour publication par The Astrophysical Journal Letters.[1]
Farhad Yusef-Zadeh. Crédit : Northwestern University
“Nous avons longtemps étudié les filaments individuels avec une vue myope”, a déclaré Yusef-Zadeh, l’auteur principal de l’article. “Maintenant, nous avons enfin une vue d’ensemble, une vue panoramique remplie d’une abondance de filaments. En examinant seulement quelques filaments, il est difficile de tirer une réelle conclusion sur leur nature et leur origine. Il s’agit d’un tournant dans l’avancement de notre compréhension de ces structures.”
Yusef-Zadeh est professeur de physique et d’astronomie au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern et membre du Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA).
Construction de l’image
Pour construire l’image avec une clarté et des détails sans précédent, les astronomes ont passé trois ans à scruter le ciel et à analyser les données à l’Observatoire sud-africain de radioastronomie (SARAO). En utilisant 200 heures de temps sur le télescope MeerKAT du SARAO, les chercheurs ont reconstitué une mosaïque de 20 observations distinctes de différentes sections du ciel vers le centre de la Voie lactée, à 25 000 années-lumière de la Terre.
L’image complète sera publiée dans un document d’accompagnement supplémentaire.[2] – dirigé par l’astrophysicien de l’Université d’Oxford Ian Heywood et co-écrit par Yusef-Zadeh – dans un prochain numéro de The Astrophysical Journal. Outre les filaments, l’image capte les émissions radio de nombreux phénomènes, notamment les étoiles en sursaut, les pouponnières stellaires et les nouveaux restes de supernova.
“Nous avons longtemps étudié les filaments individuels avec une vue myope. Maintenant, nous avons enfin une vue d’ensemble – une vue panoramique remplie d’une abondance de filaments. Il s’agit d’un tournant décisif dans l’avancement de notre compréhension de ces structures.”
– Farhad Yusef-Zadeh, astrophysicien
“J’ai passé beaucoup de temps à regarder cette image au cours du processus de travail, et je ne m’en lasse pas”, a déclaré Heywood. “Lorsque je montre cette image à des personnes qui découvrent la radioastronomie ou qui ne la connaissent pas, j’essaie toujours de souligner que la radio-imagerie n’a pas toujours été ainsi, et que MeerKAT représente un véritable bond en avant en termes de capacités. Cela a été un véritable privilège de travailler au fil des ans avec les collègues de SARAO qui ont construit ce fantastique télescope.”
Pour voir les filaments à une échelle plus fine, l’équipe de Yusef-Zadeh a utilisé une technique permettant de supprimer l’arrière-plan de l’image principale afin d’isoler les filaments des structures environnantes. L’image obtenue l’a stupéfié.
“C’est comme de l’art moderne”, a-t-il déclaré. “Ces images sont si belles et si riches, et le mystère de tout cela les rend encore plus intéressantes”.
Ce que nous savons
Bien que de nombreux mystères entourant les filaments subsistent, Yusef-Zadeh a été en mesure de reconstituer une partie du puzzle. Dans leur dernier article, lui et ses collaborateurs ont spécifiquement exploré les champs magnétiques des filaments et le rôle des rayons cosmiques dans l’illumination des champs magnétiques.
Le siteLa variation du rayonnement émis par les filaments est très différente de celle du reste de supernova récemment découvert, ce qui suggère que les phénomènes ont des origines différentes. Selon les chercheurs, il est plus probable que les filaments soient liés à l’activité passée de la supermasse centrale de la Voie lactée. trou noir plutôt qu’à des explosions coordonnées de supernovae. Les filaments pourraient également être liés à d’énormes bulles émettant des ondes radio, que Yusef-Zadeh et ses collaborateurs ont découvertes en 2019.
Et, alors que Yusef-Zadeh savait déjà que les filaments sont magnétisés, il peut maintenant dire que les champs magnétiques sont amplifiés le long des filaments, une caractéristique primaire que tous les filaments partagent.
“C’est la première fois que nous sommes en mesure d’étudier les caractéristiques statistiques des filaments”, a-t-il déclaré. “En étudiant les statistiques, nous pouvons en apprendre davantage sur les propriétés de ces sources inhabituelles.
“Si vous veniez d’une autre planète, par exemple, et que vous rencontriez une personne très grande sur Terre, vous pourriez supposer que toutes les personnes sont grandes. Mais si vous faites des statistiques sur une population de personnes, vous pouvez trouver la taille moyenne. C’est exactement ce que nous sommes en train de faire. Nous pouvons trouver la force des champs magnétiques, leurs longueurs, leurs orientations et le spectre des radiations.”
Ce que nous ne savons pas
Parmi les mystères qui subsistent, Yusef-Zadeh est particulièrement perplexe sur la façon dont les filaments semblent structurés. Les filaments au sein des amas sont séparés les uns des autres à des distances parfaitement égales – environ la distance entre la Terre et le soleil.
Amas de type harpe. Crédit : Northwestern University
” Ils ressemblent presque à l’espacement régulier dans les boucles solaires “, a-t-il déclaré. “Nous ne savons toujours pas pourquoi ils viennent en amas ou comprendre comment ils se séparent, et nous ne savons pas comment ces espacements réguliers se produisent. Chaque fois que nous répondons à une question, de multiples autres questions surgissent.”
Yusef-Zadeh et son équipe ne savent toujours pas non plus si les filaments se déplacent ou changent au fil du temps, ni ce qui provoque l’accélération des électrons à des vitesses aussi incroyables.
“Comment accélère-t-on les électrons à une vitesse proche de celle de la lumière ?” a-t-il demandé. “Une idée est qu’il y a des sources à l’extrémité de ces filaments qui accélèrent ces particules”.
La suite
Yusef-Zadeh et son équipe sont actuellement en train d’identifier et de cataloguer chaque filament. L’angle, la courbe, le champ magnétique, le spectre et l’intensité de chaque filament seront publiés dans une prochaine étude. La compréhension de ces propriétés donnera à la communauté des astrophysiciens de nouveaux indices sur la nature insaisissable des filaments.
Le télescope MeerKAT, qui a été lancé en juillet 2018, continuera à dévoiler de nouveaux secrets.
“Nous sommes certainement un pas de plus vers une compréhension plus complète”, a déclaré Yusef-Zadeh. “Mais la science est une série de progrès à différents niveaux. Nous espérons aller au fond des choses, mais d’autres observations et analyses théoriques sont nécessaires. Une compréhension complète des objets complexes prend du temps.”
Références :
- “Propriétés statistiques de la population des filaments du centre galactique : The Spectral Index and Equipartition Magnetic Field” par F. Yusef-Zadeh, R. G. Arendt, M. Wardle, I. Heywood, W. D. Cotton et F. Camilo, Accepté, The Astrophysical Journal Letters.
arXiv:2201.10552 - ” The 1.28 GHz MeerKAT Galactic Center Mosaic ” par I. Heywood, I. Rammala, F. Camilo, W. D. Cotton, F. Yusef-Zadeh, T. D. Abbott, R. M. Adam, G. Adams, M. A. Aldera, K. M. B. Asad, E. F. Bauermeister, T. G. H. Bennett, H. L. Bester, W. A. Bode, D. H. Botha, A. G. Botha, L. R. S. Brederode, S. Buchner, J. P. Burger, T. Cheetham, D. I. L. de Villiers, M. A. Dikgale-Mahlakoana, L. J. du Toit, S. W. P. Esterhuyse, B. L. Fanaroff, S. February, D. J. Fourie, B. S. Frank, R. R. G. Gamatham, M. Geyer, S. Goedhart, M. Gouws, S. C. Gumede, M. J. Hlakola, A. Hokwana, S. W. Hoosen, J. M. G. Horrell, B. Hugo, A. I. Isaacson, G. I. G. Józsa, J. L. Jonas, A. F. Joubert, R. P. M. Julie, F. B. Kapp, J. S. Kenyon, P. P. A. Kotzé, N. Kriek, H. Kriel, V. K. Krishnan, R. Lehmensiek, D. Liebenberg, R. T. Lord, B. M. Lunsky, K. Madisa, L. G. Magnus, O. Mahgoub, A. Makhaba, S. Makhathini, J. A. Malan, J. R. Manley, S. J. Marais, A. Martens, T. Mauch, B. C. Merry, R. P. Millenaar, N. Mnyandu, O. J. Mokone, T. E. Monama, M. C. Mphego, W. S. New, B. Ngcebetsha, K. J. Ngoasheng, M. T. Ockards, N. Oozeer, A. J. Otto, S. S. Passmoor, A. A. Patel, A. Peens-Hough, S. J. Perkins, A. J. T. Ramaila, N. M. R. Ramanujam, Z. R. Ramudzuli, S. M. Ratcliffe, A. Robyntjies, S. Salie, N. Sambu, C. T. G. Schollar, L. C. Schwardt, R. L. Schwartz, M. Serylak, R. Siebrits, S. K. Sirothia, M.Slabber, O. M. Smirnov, L. Sofeya, B. Taljaard, C. Tasse, A. J. Tiplady, O. Toruvanda, S. N. Twum , T. J. van Balla, A. van der Byl, C. van der Merwe, V. Van Tonder, R. Van Wyk, A. J. Venter, M. Venter, B. H. Wallace, M. G. Welz, L. P. Williams et B. Xaia, Accepté, The Astrophysical Journal Letters.
arXiv:2201.10541
L’étude, “Propriétés statistiques de la population des filaments du centre galactique : L’indice spectral et le champ magnétique d’équipartition,” a été soutenue par NASA et la National Science Foundation.
