L’astrophysicien de l’Université Northwestern Farhad Zadeh a été fasciné et intrigué par une famille de filaments magnétiques à grande échelle et hautement organisés suspendus au centre de la Voie lactée depuis qu’il les a découverts pour la première fois au début des années 1980.
Aujourd’hui, 40 ans plus tard, Zadeh reste tout aussi fasciné, mais peut-être un peu moins perplexe.
Avec une nouvelle découverte de filaments similaires situés dans d’autres galaxies, Zadeh et ses collaborateurs ont, pour la première fois, introduit deux explications possibles pour les origines inconnues des filaments. Dans un nouvel article, publié plus tôt ce mois-ci dans Les lettres du journal astrophysiqueZadeh et ses co-auteurs proposent que les filaments pourraient résulter d’une interaction entre le vent à grande échelle et les nuages ou pourraient provenir de la turbulence à l’intérieur d’un champ magnétique faible.
« Nous en savons beaucoup sur les filaments de notre propre centre galactique, et maintenant les filaments des galaxies extérieures commencent à apparaître comme une nouvelle population de filaments extragalactiques », a déclaré Zadeh. « Les mécanismes physiques sous-jacents des deux populations de filaments sont similaires malgré des environnements très différents. Les objets font partie de la même famille, mais les filaments en dehors de la Voie lactée sont des cousins plus anciens et éloignés – et je veux dire très éloignés (dans le temps et l’espace). ) les cousins. »
Expert en radioastronomie, Zadeh est professeur de physique et d’astronomie au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern et membre du Centre interdisciplinaire d’exploration et de recherche en astrophysique (CIERA).
« Il se passe quelque chose d’universel »
Les premiers filaments que Zadeh a découverts s’étiraient jusqu’à 150 années-lumière de long, s’élevant près du trou noir supermassif central de la Voie lactée. Plus tôt cette année, Zadeh a ajouté près de 1 000 filaments supplémentaires à sa collection d’observations. Dans ce lot, les filaments unidimensionnels apparaissent par paires et en grappes, souvent empilés à égale distance, côte à côte comme des cordes sur une harpe ou se renversant latéralement comme des ondulations individuelles dans une cascade.
À l’aide d’observations de radiotélescopes, Zadeh a découvert que les filaments mystificateurs comprennent des électrons de rayons cosmiques tournant le long d’un champ magnétique à une vitesse proche de la lumière. Bien qu’il assemble le puzzle de la composition des filaments, Zadeh se demande toujours d’où ils viennent. Lorsque les astronomes ont découvert une nouvelle population en dehors de notre propre galaxie, cela a offert de nouvelles opportunités pour étudier les processus physiques dans l’espace entourant les filaments.
Les filaments nouvellement découverts résident à l’intérieur d’un amas de galaxies, un enchevêtrement concentré de milliers de galaxies situées à un milliard d’années-lumière de la Terre. Certaines des galaxies de l’amas sont des radiogalaxies actives, qui semblent être des terrains propices à la formation de filaments magnétiques à grande échelle. Lorsque Zadeh a vu ces filaments nouvellement découverts pour la première fois, il a été stupéfait.
« Après avoir étudié les filaments dans notre propre centre galactique pendant toutes ces années, j’étais extrêmement excité de voir ces structures extrêmement belles », a-t-il déclaré. « Parce que nous avons trouvé ces filaments ailleurs dans l’univers, cela laisse entendre que quelque chose d’universel se passe. »
Géants galactiques
Bien que la nouvelle population de filaments ressemble à celle de notre Voie lactée, il existe quelques différences essentielles. Les filaments à l’extérieur de la Voie lactée, par exemple, sont beaucoup plus gros, entre 100 et 10 000 fois plus longs. Ils sont également beaucoup plus âgés et leurs champs magnétiques sont plus faibles. La plupart d’entre eux pendent curieusement – à un angle de 90 degrés – des jets d’un trou noir dans le vaste néant du milieu intracluster, ou l’espace coincé entre les galaxies au sein du cluster.
Mais la population nouvellement découverte a le même rapport longueur/largeur que les filaments de la Voie lactée. Et les deux populations semblent transporter l’énergie par les mêmes mécanismes. Plus près du jet, les électrons des filaments sont plus énergétiques, mais ils perdent de l’énergie en se déplaçant plus loin dans le filament. Bien que le jet du trou noir puisse fournir les particules germes nécessaires à la création d’un filament, quelque chose d’inconnu doit accélérer ces particules sur des longueurs étonnantes.
« Certains d’entre eux ont une longueur incroyable, jusqu’à 200 kiloparsecs », a déclaré Zadeh. « C’est environ quatre ou cinq fois plus grand que la taille de toute notre Voie lactée. Ce qui est remarquable, c’est que leurs électrons restent ensemble sur une si longue échelle. Si un électron voyageait à la vitesse de la lumière le long du filament, il faudrait qu’il 700 000 ans. Et ils ne voyagent pas à la vitesse de la lumière. »
Des possibilités prometteuses
Dans le nouvel article, Zadeh et ses collaborateurs émettent l’hypothèse que les origines des filaments pourraient être une simple interaction entre le vent galactique et un obstacle, tel qu’un nuage. Lorsque le vent s’enroule autour de l’obstacle, il crée une queue semblable à une comète derrière lui.
« Le vent vient du mouvement de la galaxie elle-même lorsqu’elle tourne », a expliqué Zadeh. « C’est comme quand vous passez la main par la fenêtre d’une voiture en mouvement. Il n’y a pas de vent dehors, mais vous sentez l’air bouger. Lorsque la galaxie bouge, cela crée du vent qui pourrait pousser à travers des endroits où les particules de rayons cosmiques sont assez Il balaie la matière et crée une structure filamenteuse. »
Les simulations, cependant, offrent une autre possibilité viable. Lorsque les chercheurs ont simulé un milieu actif et turbulent, de longues structures filamenteuses se sont matérialisées. Au fur et à mesure que les radiogalaxies se déplacent, a expliqué Zadeh, la gravité peut affecter le milieu et le remuer. Le milieu forme alors des taches de tourbillons tourbillonnants. Une fois que le faible champ magnétique s’est enroulé autour de ces tourbillons, il peut être étiré, plié et amplifié, devenant finalement des filaments allongés avec un champ magnétique puissant.
Bien que de nombreuses questions demeurent, Zadeh s’émerveille toujours des nouvelles découvertes.
« Tous ces filaments en dehors de notre galaxie sont très anciens », a-t-il déclaré. « Ils appartiennent presque à une époque différente de notre univers et signalent pourtant aux habitants de la Voie lactée qu’il existe une origine commune pour la formation des filaments. Je pense que c’est remarquable. »
Plus d’information:
F. Yusef-Zadeh et al, Populations de filaments magnétisés dans le milieu intracluster et le centre galactique, Les lettres du journal astrophysique (2022). DOI : 10.3847/2041-8213/ac982a