mardi 29 août 2017

Mesure d'un champ magnétique à 5 milliards d'années-lumière


Mesurer le champ magnétique d'une galaxie à 4,6 milliards d'années-lumière de nous, c'est ce qu'ont réussi à faire une équipe d'astronomes américains, canadiens et européens. Alors que cette galaxie est plus jeune que la nôtre de près 5 milliards d'années, son champ magnétique paraît similaire à celui de notre Galaxie, une nouvelle petite énigme. 



Sui Ann Mao (Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn) et ses collègues viennent de battre un nouveau record, celui de la galaxie la plus éloignée dont nous connaissons le champ magnétique. Cette découverte, qui vient de paraître dans Nature Astronomy, est très intéressante car elle montre que le champ magnétique des galaxies peut se former très tôt dans leur histoire et reste relativement stable tout au long de la vie d'une galaxie. Les spécialistes estimaient auparavant que le champ magnétique devait augmenter lentement au fur et à mesure que les galaxies grossissaient. Ce n'est donc pas le cas.

Mesurer un champ magnétique à une telle distance requiert bien sûr une astuce dont seuls les astrophysiciens connaissent le secret. Il faut pour cela exploiter l'effet relativiste de lentille gravitationnelle. Mais alors que le plus souvent, l'effet de lentille gravitationnelle d'une galaxie ou d'un groupe de galaxies est utilisé pour observer des objets très lointains comme des quasars ou les premières galaxies de l'Univers, ici, les astrophysiciens ont utilisé cet effet avec un quasar lointain, mais pour étudier les propriétés de la galaxie lentille elle-même, une galaxie nommée CLASS B1152+199.

La lumière du quasar d'arrière plan est défléchie par la galaxie qui se trouve quasi alignée parfaitement avec lui. Il en résulte un dédoublement de l'image du quasar d'arrière plan : une première image constituée de photons étant passés très près du centre de la galaxie, là où elle est dense, et une seconde image correspondant à des photons qui sont passés dans la périphérie de CLASS B1152+199. Et tout se passe ici dans le domaine des ondes radio. La lumière radio du quasar, une émission synchrotron, possède la caractéristique remarquable qui est une polarisation linéaire. Or, en présence d'un champ magnétique, la polarisation de la lumière est modifiée, le plan de polarisation subit une rotation, ce qu'on appelle l'effet de Rotation de Faraday. Et c'est en observant la polarisation de la lumière radio des deux images fantômes du quasar que les astronomes ont découvert qu'elles n'avaient pas la même polarisation, alors qu'elles sont pourtant le même objet...
C'est donc la galaxie lentille qui a modifié la polarisation de ces deux images, mais différemment selon que les photons sont passés près du centre de la galaxie ou près de sa périphérie.
L'équipe de Sui Ann Mao a utilisé pour ses observations le radiotélescope Karl Jansky Very Large Array, qui est l'un des réseaux de radiotélescopes les plus performants encore aujourd'hui. 
Ils parviennent à déduire une valeur pour le champ magnétique de CLASS B1152+199 : un microgauss, une intensité un million de fois plus faible que celle du champ magnétique terrestre, et comparable à celui de notre Voie Lactée.

Personne ne peut affirmer aujourd'hui avec certitude savoir comment apparaît le champ magnétique des galaxies. On sait seulement, désormais, qu'il apparaît très tôt dans l'histoire galactique, ce qui permet d'avancer un peu plus vers la compréhension de cette petite énigme.

Source

Detection of microgauss coherent magnetic fields in a galaxy five billion years ago
S. A. Mao, C. Carilli, B. M. Gaensler, O. Wucknitz, C. Keeton, A. Basu, R. Beck, P. P. Kronberg & E. Zweibel
Nature Astronomy (28 august 2017)

Illustrations

1) Image dédoublée du quasar lointain par la galaxie CLASS B1152+199 , imagée par Hubble (à gauche) et image de la valeur de la rotation de faraday de la lumière radio polarisée (à droite). La grosse image fantôme correspond aux photons étant passés en périphérie de la galaxie.

2) Le réseau VLA installé au Nouveau Mexique (NRAO)