Un étrange sursaut radio illumine le paisible halo d'une galaxie
Publié par Redbran le 27/09/2019 à 14:00
Source: ESO
Grâce au Very Large Telescope de l'ESO, des astronomes ont pour la toute première fois observé un sursaut radio traversant un halo galactique. D'une durée inférieure à la milliseconde, cet étrange paquet d'ondes radio n'a subi pratiquement aucune perturbation, laissant à penser que le halo se caractérise par une densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à 4 °C pour les...) étonnamment faible et un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une...) peu intense. Cette nouvelle technique pourrait permettre d'explorer les paisibles halos d'autres galaxies.



Un mystère cosmique permettant d'en sonder un autre, les astronomes ont analysé le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la...) d'un sursaut radio rapide afin de lever le voile sur le gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de...) diffus composant le halo d'une galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois au singulier.) massive (Le mot massif peut être employé comme :) (1). En novembre 2018, le radiotélescope (Un radiotélescope est un télescope spécifique utilisé en radioastronomie pour capter les ondes radioélectriques émises par les astres. Ces ondes radio, bien que plus ou moins prédites par certains...) ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder) a détecté un sursaut radio rapide baptisé FRB 181112. Des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) de suivi effectuées au moyen du Very Large Telescope (VLT) de l'ESO et d'autres télescopes ont révélé que les ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de...) radio avaient traversé le halo d'une galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.) massive avant d'atteindre la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes....). Cette découverte a permis aux astronomes d'analyser le signal radio et donc de caractériser la nature du gaz composant le halo.

“Le signal du sursaut radio rapide a révélé la nature du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique entourant la galaxie ainsi que la structure du halo de gaz. L'étude prouve qu'il s'agit d'une nouvelle technique innovante d'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) de la nature des halos galactiques” précise J. Xavier Prochaska, professeur d'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne doit pas être confondue avec la...) et d'astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude...) à l'Université de Californie (L'université de Californie est une université américaine, fondée en 1868, dont le siège se trouve à Berkeley (Californie), comprenant dix campus situés dans l'État de Californie. Elle...) de Santa Cruz et auteur principal d'un article faisant état de ces nouvelles découvertes au sein de l'édition de ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil...) de la revue Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on...).

Les astronomes ne connaissent toujours pas l'origine des sursauts radio rapides et leur capacité à retracer la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) de certains de ces signaux particulièrement courts et brillants depuis les galaxies dont ils sont issus est très récente. “Lorsque nous avons superposé les images acquises dans les domaines radio et visibles, nous nous sommes aperçus que le sursaut radio rapide transperçait le halo de la galaxie d'avant-plan. Pour la première fois, nous disposions donc d'une méthode de sondage ( Un sondage peut désigner une technique d'exploration locale d'un milieu particulier. Un sondage peut également être une méthode statistique...) directe de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état...) invisible entourant cette galaxie”, ajoute Cherie Day, co-auteur de cette étude et doctorante à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) de Technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) de Swinburne en Australie (L’Australie (officiellement Commonwealth d’Australie) est un pays de l’hémisphère Sud dont la superficie couvre la plus grande partie de l'Océanie. En plus de...).

Un halo galactique se compose de matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus, notamment au sujet...) et de matière ordinaire - ou baryonique - principalement sous la forme d'un gaz ionisé de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du...) élevée. La zone lumineuse d'une galaxie massive doit s'étendre sur quelque 30 000 années lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet)...). Son halo sphérique est caractérisé quant à lui par un diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur de ce segment. Pour indiquer qu'une...) dix fois supérieur. Lorsqu'il chemine vers le centre galactique, le gaz du halo alimente la formation d'étoiles. A l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1,...), d'autres processus, telles les explosions de supernovae, expulsent la matière en dehors des régions de formation d'étoiles et au sein du halo galactique. Etudier le halo de gaz permet aux astronomes de mieux comprendre ces processus d'éjection capables de stopper la formation d'étoiles.

“Le halo de cette galaxie est étonnamment calme”, précise J. Xavier Prochaska. “Le signal radio ne fut pas perturbé par la galaxie, ce qui contredit les prévisions de modèles antérieurs”.

Le signal de FRB 181112 se composait de quelques impulsions d'une durée inférieure à 40 microsecondes - ce qui est 10 000 fois plus court que le clignement d'un oeil. La courte durée de ces impulsions a permis de fixer une limite supérieure à la densité du halo de gaz - en effet, la traversée d'un milieu de densité supérieure augmenterait la durée du signal radio. Les chercheurs ont calculé que la densité du halo de gaz devait être inférieure à 0,1 atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement...) par centimètre (Un centimètre (symbole cm) vaut 10-2 = 0,01 mètre.) cube (En géométrie euclidienne, un cube est un prisme dont toutes les faces sont carrées. Les cubes figurent parmi les solides les plus remarquables de l'espace. C'est un des cinq solides de Platon, le seul ayant exactement 6 faces, 12...) - ce qui équivaut à plusieurs centaines d'atomes contenus au sein d'un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) semblable à celui du ballon d'un enfant (2).

“A l'instar de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) scintillante caractérisant une belle journée d'été, l'atmosphère ténue de cette galaxie massive devrait perturber le signal d'un sursaut radio rapide. En réalité, nous avons reçu un signal tellement pur et résolu qu'il ne contient aucune signature de ce gaz”, ajoute Jean-Pierre Macquart, astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) au Centre International de Recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques....) en RadioAstronomie (La radioastronomie est une branche de l'astronomie qui s'occupe de l'observation du ciel dans le domaine des ondes radio. C'est une science relativement jeune qui...) de l'Université de Curtin en Australie.

L'étude n'a pas permis de mettre en évidence l'existence de nuages froids et turbulents ni de petits amas denses de gaz froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) du halo. Le sursaut radio rapide a par ailleurs renseigné sur le champ magnétique du halo: il est très faible - un milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf...) de fois plus faible que celui d'un aimant (Un aimant est un objet fabriqué dans un matériau magnétique dur, c’est-à-dire dont le champ rémanent et l'excitation coercitive sont grands (voir ci-dessous). Cela lui donne des propriétés particulières...) de réfrigérateur (Un réfrigérateur (ou frigidaire ou frigo dans le langage famillier) est un appareil principalement utilisé en cuisine, avec un compartiment principal qui a une température de 4...).

A ce stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.), disposant de résultats caractérisant un seul et unique halo galactique, les chercheurs ne peuvent affirmer que la faible densité et le faible champ magnétique qu'ils ont mesurés sont inhabituels ou si les études antérieures de halos galactiques ont surestimé ces propriétés. J. Xavier Prochaska attend que l'ASKAP et d'autres radiotélescopes utilisent des sursauts radio rapides pour étudier un plus grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de halos galactiques et déterminer leurs propriétés.

“Il est possible que cette galaxie soit particulière. Nous utiliserons des sursauts radio rapides pour étudier des dizaines voire des centaines de galaxies de masses et d'âges différents afin de couvrir la population totale”, conclut-il. Les télescopes optiques tel le VLT de l'ESO jouent un rôle important: ils révèlent la distance à laquelle se situe la galaxie hôte de chaque sursaut, ainsi que l'éventuelle présence du halo d'une galaxie sur la ligne de visée.


Notes

(1) Un vaste halo de gaz de faible densité s'étend bien au-delà de la zone lumineuse d'une galaxie, composée de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) de ses étoiles. Bien que ce gaz chaud et diffus contribue davantage que les étoiles qui la constituent à la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la...) d'une galaxie, il demeure particulièrement difficile à étudier.

(2) Les contraintes liées à la densité limitent également la possible présence de turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse présente en tout point un caractère tourbillonnaire : tourbillons dont la taille, la localisation et l'orientation varient...) ou de nuages de gaz froid au sein du halo. Le terme froid est ici tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) relatif, puisqu'il désigne des températures voisines de 10 000°C, le gaz chaud du halo avoisinant le million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un...) de degrés.
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