D’étranges sources radio dans des amas de galaxies lointains défient notre compréhension

L’Univers est jonché d’amas de galaxies – d’énormes structures empilées aux intersections de la toile cosmique. Un seul amas peut s’étendre sur des millions d’années-lumière et se compose de centaines, voire de milliers de galaxies.

Cependant, ces galaxies ne représentent que quelques pour cent de la masse totale d’un amas. Environ 80% de celle-ci est de la matière noire, et le reste est une “soupe” de plasma chaud: gaz chauffé à plus de 10 000 000 ℃ et entrelacé de champs magnétiques faibles.

Nous et notre équipe internationale de collègues avons identifié une série d’objets radio rarement observés – une relique radio, un halo radio et une émission radio fossile – au sein d’un amas de galaxies particulièrement dynamique appelé Abell 3266. Ils défient les théories existantes sur l’origine de ces objets et leurs origines caractéristiques.

(Christopher Riseley, utilisant les données d’ASKAP, ATCA, XMM-Newton et Dark Energy Survey)

Ci-dessus : L’amas en collision Abell 3266 vu à travers le spectre électromagnétique, en utilisant les données d’ASKAP et de l’ATCA (couleurs rouge/orange/jaune), XMM-Newton (bleu) et le Dark Energy Survey (fond de carte).

Reliques, halos et fossiles

Les amas de galaxies nous permettent d’étudier une grande variété de processus riches, y compris le magnétisme et la physique des plasmas, dans des environnements que nous ne pouvons pas reproduire dans nos laboratoires.

Lorsque les amas entrent en collision, d’énormes quantités d’énergie sont injectées dans les particules du plasma chaud, générant des émissions radio. Et cette émission se présente sous différentes formes et tailles.

Les “reliques radio” en sont un exemple. Ils sont arqués et assis vers le bord d’un amas, propulsés par des ondes de choc traversant le plasma, provoquant un saut de densité ou de pression et dynamisant les particules. Un exemple d’onde de choc sur Terre est le bang sonique qui se produit lorsqu’un avion franchit le mur du son.

Les “halos radio” sont des sources irrégulières situées vers le centre du cluster. Ils sont alimentés par la turbulence dans le plasma chaud, qui donne de l’énergie aux particules. Nous savons que les halos et les reliques sont générés par des collisions entre amas de galaxies, mais bon nombre de leurs détails accidentés restent insaisissables.

Ensuite, il y a les sources radio « fossiles ». Ce sont les vestiges radio de la mort d’un trou noir supermassif au centre d’une radio galaxie.

Lorsqu’ils sont en action, les trous noirs projettent d’énormes faisceaux de plasma bien au-delà de la galaxie elle-même. Lorsqu’ils sont à court de carburant et s’arrêtent, les jets commencent à disparaître. Les restes sont ce que nous détectons comme des radiofossiles.

Abel 3266

Notre nouvel article, publié dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Societyprésente une étude très détaillée d’un amas de galaxies appelé Abell 3266.

Il s’agit d’un système de collision très dynamique et désordonné à environ 800 millions d’années-lumière. Il possède toutes les caractéristiques d’un système qui : devrait hôtes reliques et halos – mais aucun n’avait été découvert jusqu’à récemment.

Dans le prolongement des travaux effectués plus tôt cette année avec le Murchison Widefield Array, nous avons utilisé de nouvelles données du radiotélescope ASKAP et de l’Australia Telescope Compact Array (ATCA) pour examiner Abell 3266 plus en détail.

Nos données brossent un tableau complexe. Vous pouvez le voir sur l’image principale : les couleurs jaunes indiquent les éléments où l’apport d’énergie est actif. La brume bleue représente le plasma chaud, capturé aux longueurs d’onde des rayons X.

Les couleurs plus rouges montrent des caractéristiques qui ne sont visibles qu’à des fréquences plus basses. Cela signifie que ces objets sont plus anciens et ont moins d’énergie. Soit ils ont perdu beaucoup d’énergie au fil du temps, soit ils n’ont jamais eu grand-chose au départ.

La relique radio est visible en rouge en bas de l’image (voir ci-dessous pour un zoom). Et nos données ici révèlent des caractéristiques spécifiques jamais vues auparavant dans une relique.

Abell3266 4(Christopher Riseley, utilisant les données d’ASKAP, ATCA, XMM-Newton et Dark Energy Survey)

Ci-dessus : la “mauvaise” relique d’Abell 3266 est représentée ici avec des couleurs jaune/orange/rouge représentant la luminosité de la radio.

Sa forme concave est également inhabituelle, lui conférant le surnom accrocheur de “mauvaise” relique. Dans l’ensemble, nos données brisent notre compréhension de la façon dont les reliques sont générées, et nous travaillons toujours à déchiffrer la physique complexe derrière ces objets radio.

Vestiges antiques d’un trou noir supermassif

Le radiofossile, vu vers le haut à droite de l’image (et aussi ci-dessous), est très faible et rouge, indiquant qu’il est ancien. Nous pensons que cette émission radio provenait à l’origine de la galaxie en bas à gauche, avec un trou noir central qui a longtemps été éteint.

Abell3266 4(Christopher Riseley, utilisant les données d’ASKAP, ATCA, XMM-Newton et Dark Energy Survey)

Ci-dessus : Le radiofossile d’Abell 3266 est représenté ici avec des couleurs et des contours rouges montrant la radioluminosité mesurée par ASKAP, et des couleurs bleues montrant le plasma chaud. La flèche cyan pointe vers la galaxie qui, selon nous, a autrefois alimenté le fossile.

Nos meilleurs modèles physiques ne correspondent tout simplement pas aux données. Cela révèle des lacunes dans notre compréhension de la façon dont ces ressources évoluent – ​​des lacunes que nous essayons de combler.

Enfin, à l’aide d’un algorithme astucieux, nous avons défocalisé l’image principale pour rechercher les très faibles émissions invisibles à haute résolution, dénonçant la première détection d’un halo radio dans Abell 3266 (voir ci-dessous).

Abell3266 4(Christopher Riseley, utilisant les données d’ASKAP, ATCA, XMM-Newton et Dark Energy Survey)

Ci-dessus : le halo radio d’Abell 3266 est représenté ici avec des couleurs et des contours rouges représentant la luminosité radio mesurée par ASKAP, et des couleurs bleues montrant le plasma chaud. La courbe cyan en pointillé marque les limites extérieures du halo radio.

En route vers le futur

C’est le début du chemin vers la compréhension d’Abell 3266. Nous avons découvert une multitude d’informations nouvelles et détaillées, mais nos recherches ont soulevé encore plus de questions.

Les télescopes que nous avons utilisés ont jeté les bases de la science révolutionnaire du projet Square Kilometre Array. Des études comme la nôtre permettent aux astronomes de découvrir ce que nous ne savons pas, mais soyez assurés que nous le découvrirons.

Nous reconnaissons le peuple Gomeroi comme les propriétaires traditionnels du site où se trouve l’ATCA, et le peuple Wajarri Yamatji comme les propriétaires traditionnels du site de l’Observatoire de radioastronomie de Murchison, où se trouvent ASKAP et le Murchison Widefield Array. La conversation

Christopher Riseley, chercheur, Université de Bologne et Tessa Vernstrom, chercheur principal, Université d’Australie-Occidentale.

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l’article d’origine.

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