mardi 27 octobre 2020

Une galaxie méduse révèle sa structure magnétique


JO206 est une galaxie que l'on qualifie de "galaxie méduse" car elle montre une sorte de trainée de gaz et d'étoiles qui fait penser aux filaments du cnidaire. Une équipe internationale d'astrophysiciens s'est intéressée à la structure magnétique de sa traînée et trouvent une orientation du champ magnétique étonnante. Une étude parue dans Nature Astronomy.


Les galaxies méduses doivent leur forme particulière à leur mouvement propre au sein d'un amas de galaxies riche en gaz. Leur mouvement par rapport au milieu intergalactique produit une pression du gaz dans la direction opposée au mouvement, ce qui a pour effet immédiat d'expulser une partie du gaz de la galaxie derrière elle. Généralement, cela arrive aux galaxies qui sont en train de "tomber" vers le centre de l'amas de galaxies. Dans le cas de la galaxie JO206, une galaxie riche de 90 milliards de masses solaires en étoiles et qui possède un noyau actif, la traînée de gaz s'étend sur 90 kpc (300 000  années-lumière, soit 3 fois le diamètre de notre galaxie...).
Mais même si ce gaz ne se trouve plus dans le disque de la galaxie, il peut continuer à former des étoiles. Ancla Müller (Université de la Ruhr, Bochum) et ses collaborateurs étudient les conditions physiques qui prévalent dans les traînées de gaz des galaxies méduses pour la formation de nouvelles étoiles. L'intensité et l'orientation des champs magnétiques est un des paramètres très important à connaître car il doivent jouer un rôle non négligeable dans la formation d'étoiles au sein de nages de gaz et peut-être aussi dans de telles traînées de gaz raréfié.
Müller et ses collaborateurs ont analysé la structure magnétique de la galaxie JO206 à partir de la polarisation des ondes radio qui nous arrivent de la galaxie, avec des observations à 2,7 GHz et 1,4 GHz obtenues avec le Karl Jansky Very Large Array (VLA).
Ils montrent que non seulement le disque de la galaxie possède un fort champ magnétique mais que la traînée de gaz elle aussi est magnétisée et avec une orientation inhabituelle : le champ magnétique est complètement aligné avec la traînée de gaz, et donc avec la direction du mouvement de la galaxie dans son amas.
Pour comprendre l'origine d'un tel alignement du champ magnétique, les astrophysiciens font appel à des simulations numériques de magnétohydrodynamique. Ils simulent le mouvement d'un nuage de gaz froid (la galaxie) à travers un vent chaud magnétisé tel qu'il serait ressenti lors du mouvement et étudient l'évolution des lignes de champ magnétique dans le temp en fonction de plusieurs paramètres.
Le scénario vers lequel les chercheurs convergent est le suivant : JO206, au cours de son mouvement vers le centre de son amas, verrait son champ magnétique, qui l'entoure entièrement, s'amplifier à cause de la grande vitesse et d'effets de refroidissements. Et cet intense champ magnétique interagit bien sûr avec l'environnement, le gaz chaud qui peuple le milieu intra-amas. Cela produirait une accumulation de plasma autour de JO206. Et une partie de ce plasma se retrouve dans ce scénario sur les couches extérieures de la traînée de gaz, entraînant avec lui les lignes de champs magnétique. 
Par ailleurs, les simulations indiquent que les observations sont compatibles avec un mélange du plasma avec le gaz résiduel en quantité suffisante pour expliquer la formation d'étoiles qui est vue dans la traînée de cette galaxie méduse. Les chercheurs montrent que la structure ordonnée du champ magnétique qui s'impose empêche finalement les échanges de chaleur entre le gaz de la traînée et le gaz chaud extérieur, ce qui favorise la production d'étoiles dans la traînée. Mais ce processus est fragile car les étoiles créées ont tendance à détruire l'alignement des lignes de champ magnétique. La structure visible aujourd'hui a donc dû atteindre un équilibre auto-régulé par la formation des étoiles dans la traînée de gaz.
Ancla Müller et son équipe font ainsi d'une pierre deux coups : ils observent pour la première fois la structure magnétique très ordonnée d'une galaxie méduse et en déduisent l'une des causes de la formation d'étoiles dans sa traînée de gaz. Il démontrent que les champs magnétiques turbulents de la galaxie sont finalement importants pour fournir une stabilité et pour former les traînées de gaz qui se développent par pression dynamique.

Les chercheurs attendent maintenant l'observation d'autres specimens du même type pour confirmer leur scenario ou savoir si JO206 est une galaxie particulière. L'équipe de Ancla Müller a déjà lancé une nouvelle campagne d'observations auprès de grands radiotélescopes.


Source

Highly ordered magnetic fields in the tail of the jellyfish galaxy JO206. 
Müller, A., Poggianti, B.M., Pfrommer, C. et al. 
Nature Astronomy (26 october 2020)


Illustrations

1)  JO206 et ses lignes de champ magnétique (en vert) le long de sa traînée de gaz (ESO/GASP)

2) Simulations de la formation de l'alignement des lignes de champ magnétique (chaque panneau fait 350 x 450 kpc : composantes du champ magnétique, champ de vitesse et densité) (Müller et al.)