Grâce à des lobes géants de rayonnement gamma, une équipe internationale de chercheurs a découvert une petite galaxie satellite de la Voie lactée remplie de matière noire, mais dont les émissions sont plus probablement le résultat de pulsars millisecondes faisant exploser des particules cosmiques, rapporte une nouvelle étude en Astronomie naturelle.
Le centre de notre galaxie souffle une paire de bulles colossales de rayonnement gamma (les structures magenta de la figure 1) couvrant 50 000 années-lumière de diamètre. Découvert avec le télescope spatial Fermi à rayons gamma il y a environ 10 ans, l’origine de ce phénomène en forme de sablier est restée floue.
Appelées bulles de Fermi, ces lobes de rayonnement sont patchés de quelques sous-structures énigmatiques d’émission de rayons gamma très brillants. L’un des points les plus brillants, appelé le cocon de Fermi, se trouve dans le lobe sud (agrandissement agrandi sur la figure 2) et on pensait à l’origine qu’il était dû aux explosions passées du trou noir supermassif de la Galaxie.
Une équipe internationale de chercheurs co-dirigée par l’ancien chercheur du projet Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) Oscar Macias (actuellement GRAPPA Fellow à l’Université d’Amsterdam) et le professeur associé de l’Université nationale australienne Roland Crocker, et incluant Kavli Les scientifiques invités de l’IPMU Shunsaku Horiuchi et Shin’ichiro Ando ont analysé les données des télescopes spatiaux GAIA et Fermi pour révéler que le cocon de Fermi est en fait dû à l’émission de la galaxie naine du Sagittaire.
Cette galaxie satellite de la Voie lactée est vue à travers les bulles de Fermi depuis notre position sur Terre (figure 1). En raison de son orbite étroite autour de notre galaxie et de ses passages précédents à travers le disque galactique, il a perdu la majeure partie de son gaz interstellaire et nombre de ses étoiles ont été arrachées de son noyau en flux allongés.
Étant donné que le Sagittaire était au repos – sans gaz ni pépinières stellaires – il n’y avait que quelques possibilités pour son émission de rayons gamma, notamment : i) une population de pulsars millisecondes inconnus ou ii) des annihilations de matière noire.
Les pulsars millisecondes sont des vestiges de certains types d’étoiles, nettement plus massives que le soleil, qui se trouvent dans des systèmes binaires proches, mais qui font maintenant exploser des particules cosmiques en raison de leurs énergies de rotation extrêmes. Les électrons tirés par les pulsars millisecondes entrent en collision avec des photons à basse énergie du fond diffus cosmologique, les propulsant vers un rayonnement gamma à haute énergie.
Les chercheurs ont démontré que le cocon de rayons gamma pouvait être expliqué par des pulsars millisecondes chez le nain du Sagittaire, et donc défavoriser l’explication de la matière noire.
Leur découverte met en lumière les pulsars millisecondes en tant qu’accélérateurs efficaces d’électrons et de positrons hautement énergétiques, et suggère également que des processus physiques similaires pourraient être en cours dans d’autres galaxies satellites naines de la Voie lactée.
« C’est important parce que les chercheurs sur la matière noire ont longtemps cru qu’une observation des rayons gamma d’un satellite nain serait une signature irréfutable pour l’annihilation de la matière noire. Notre étude oblige à réévaluer les capacités d’émission à haute énergie des objets stellaires au repos, tels que galaxies sphéroïdales naines, et leur rôle en tant que cibles de choix pour les recherches d’annihilation de la matière noire », a déclaré Macias.
Les détails de leur étude ont été publiés dans Astronomie naturelle le 5 septembre.
Roland M. Crocker et al, Émission de rayons gamma de la galaxie sphéroïdale naine du Sagittaire due aux pulsars millisecondes, Astronomie naturelle (2022). DOI : 10.1038/s41550-022-01777-x