samedi 9 mai 2020

Une solution pour expliquer les radiogalaxies en forme de X


Une équipe d'astrophysiciens américains et sud-africains vient de trouver une réponse à une vieille question sur l'origine des radiogalaxies qui ont une forme étonnante de X. Le radiotélescope MeerKAT révèle des détails sur la structure de la radiogalaxie PKS 2014-55 qui mènent sur la piste d'un effet de déflexion de matière en reflux. L'étude est publiée dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.



Ce qui était observé comme un vaste X de plusieurs millions d'années-lumière d'envergure se révèle être plutôt une forme de double boomerang. C'est ce que révèlent les superbes images produites avec le grand radiotélescope sud-africain MeerKAT. William Cotton (National Radio Astronomy Observatory et South African Radio Astronomy Observatory) et ses collaborateurs expliquent comment se sont formés ces lobes visibles en ondes radio. PKS 2014-55, qui est une radiogalaxie située à 800 millions d'années-lumière, possède en fait deux lobes principaux, qui s'étendent sur 2,5 millions d'années-lumière chacun (soit l'équivalent de la distance qui sépare notre galaxie de la galaxie d'Andromède), et deux lobes secondaires qui apparaissent moins étendus et formant un angle supérieur à 90°.

Les lobes principaux sont évidemment liées aux jets produits par le trou noir central de la galaxie, mais concernant les plus petit orientés différemment, trois hypothèses avaient été proposées jusqu'à aujourd'hui : 

a) un changement de l'axe de rotation du trou noir central qui aurait produit un changement de direction de ses jets

b) la présence de deux trous noirs et non d'un seul, chacun produisant sa paire de lobes

c) un reflux de la matière des jets principaux qui serait défléchie lors de son retour à proximité de la galaxie

Mais MeerKAT est un réseau de radiotélescopes très puissant qui permet d'observer en détail à la fois l'intensité de l'émission radio à 1,28 GHz et sa polarisation ainsi que son indice spectral. Les images de PKS 2014-55 à haute résolution angulaire montrent clairement une morphologie en double boomerang qui est cohérente avec un reflux hydrodynamique pour plusieurs raisons : c'est donc la troisième hypothèse qui s'avère être correcte. De la matière des jets principaux reviendrait en arrière mais lorsqu'elle se retrouve à proximité du coeur de la radiogalaxie, la galaxie hôte PGC 064440, elle rencontre son halo de gaz chaud et se retrouve défléchie sur le côté  du fait de l'obliquité du halo de gaz. Les jets peuvent faire demi-tour à cause de la pression qu'exerce sur eux la pression du gaz intergalactique, très peu dense mais suffisant pour avoir un effet important sur des jets de particules, même très énergétiques.
Cotton et ses collaborateurs observent en effet que l'orientation du champ magnétique dans PKS 2014−55 suit les directions de flux des jets jusque dans les lobes secondaires. L'hypothèse d'une réorientation du trou noir central ou de deux sources distinctes est  donc rejetée du fait de l'écart de position qui existe entre les deux sources apparentes des deux types de lobes, séparées de 5°. 
De plus, une activité du noyau actif de la galaxie semble avoir repris récemment avec l'apparition de nouvelles structures de jets qui se trouvent exactement dans la même direction que celle des lobes radio principaux. Les lobes secondaires ne peuvent donc pas avoir été produits par une nouvelle orientation de l'axe du trou noir central (on imagine mal que l'orientation du trou noir ait pu changé durant un certain temps puis être revenu exactement dans son orientation d'origine).
Enfin, les caractéristiques du halo de la galaxie hôte PGC 064440, c'est à dire sa masse et son orientation vis à vis des lobes radio principaux, sont tout à fait cohérentes avec le processus décrit de déflexion d'un reflux des jets de matière initiaux dans les directions qui sont ici observées.
Les astrophysiciens observent également une région brillante irrégulière à faible polarisation située à la croisée des deux boomerangs. Ils attribuent cette structure à des effets de compression et de turbulence dans le reflux de matière lorsque celle-ci rencontre le halo de gaz chaud galactique.

Les radiogalaxies en forme de X ont perdu une part de leur mystère, tout en révélant un comportement étonnant des jets de trou noir, qui finissent par s'arrêter et rebrousser chemin, avant d'être déviés et disparaître complètement.


Source

Hydrodynamical Backflow in X-shaped Radio Galaxy PKS 2014-55
W.D. Cotton et al. 
MNRAS (May 7, 2020)


Illustrations

1) Image en ondes radios de la radiogalaxie singulière PKS 2014-55 en forme de X ou de double boomerang (NRAO/AUI/NSF/SARAO /DES)

2) Principe du processus de déflexion des jets en reflux dans PKS 2014-55 (Cotton et al.)