Pour la première fois, des astronomes cartographient le champ magnétique d’un amas de galaxies entier
Pour la première fois, des scientifiques ont reconstitué le champ magnétique d’un amas de galaxies entier, de son noyau dense à son halo externe diffus, révélant comment des forces invisibles façonnent les plus grandes structures de l’univers.
Cette réussite provient des observations radio les plus profondes jamais réalisées d’Abell 2255, un amas situé à environ 1 milliard d’années-lumière de la Terre, à l’aide du Low Frequency Array (LOFAR) en Europe. En collectant 224 heures de données radio dans le cadre du projet LOFAR Galaxy Cluster Ultra-Deep Field, l’équipe a créé une carte record qui montre comment les champs magnétiques sont tissés à travers l’étendue d’un million d’années-lumière de l’amas.
Pourquoi les champs magnétiques dans l’espace sont importants
Les amas de galaxies sont les structures les plus massives de l’univers maintenues ensemble par la gravité, de véritables cités de centaines ou de milliers de galaxies immergées dans un gaz chaud et imprégnées de champs magnétiques. Ces champs ne sont pas passifs. Ils influencent la façon dont les rayons cosmiques se déplacent, dont le gaz se refroidit et forme des étoiles, et dont l’énergie des trous noirs et des supernovae se disperse dans l’espace intergalactique.
Mais jusqu’à présent, les astronomes ne pouvaient qu’inférer la présence de ces champs. Ils n’avaient jamais directement cartographié leur forme et leur orientation à travers un amas entier.
Andrea Botteon de l’Institut national d’astrophysique d’Italie (INAF), qui a dirigé l’étude, a déclaré que les travaux étaient motivés par une question fondamentale : « Comment les électrons sont-ils accélérés à des vitesses relativistes et les champs magnétiques amplifiés à grande échelle cosmique ? »
Un champ façonné par le chaos et la collision
La carte a révélé que le champ magnétique de l’amas n’est pas un enchevêtrement aléatoire. Dans certaines régions, les lignes de champ suivent des directions radiales spécifiques, alignées avec les émissions radio étendues. Dans les zones dominées par les ondes de choc, là où le gaz s’entrechoque à mesure que l’amas continue de se former, les champs sont orientés tangentiellement, étirés et compressés par la turbulence des collisions en cours.
C’est la première preuve observationnelle que les mêmes processus violents qui construisent les amas de galaxies, les fusions, les afflux de gaz, les ondes de choc, façonnent également leurs champs magnétiques.
« Nous pensons que le mécanisme qui active ces émissions radio gigantesques est lié au processus de formation des amas de galaxies », a déclaré Botteon. « La cohérence des lignes de champ magnétique observées dans certaines régions suggère que la morphologie du champ est intimement liée à la dynamique du gaz dans lequel il réside. »
Et après
L’étude, acceptée pour publication dans Astronomy & Astrophysics, démontre que la capacité d’observation ultra-profonde de LOFAR peut révéler des structures de champ magnétique qui étaient auparavant invisibles. La même technique pourrait désormais être appliquée à d’autres amas, construisant une image de la façon dont le magnétisme évolue à mesure que les plus grands éléments constitutifs de l’univers s’assemblent au fil du temps cosmique.
Les résultats aident à résoudre une énigme de longue date : comment des champs magnétiques bien trop faibles pour être détectés directement avec des instruments conventionnels deviennent amplifiés jusqu’aux intensités observées dans les amas aujourd’hui. La réponse, semble-t-il, réside dans la même violence gravitationnelle qui crée les amas eux-mêmes.
Traduit par Lydie