samedi 28 août 2021

Découverte d'un filament géant ou d'un nouveau bras spiral dans notre galaxie

Une équipe d'astronomes chinois vient de détecter une structure de gaz massive dans la zone externe de notre galaxie. Baptisé Cattail (la Queue de Chat) par les auteurs, il pourrait s'agir d'une partie d'un bras spiral qui n'avait pas été repéré jusque là. L'étude est publiée dans The Astrophysical Journal Letters.

Ce nuage d'hydrogène neutre se trouve à 22 kiloparsecs (71750 années-lumière) du centre de la Voie lactée et à 21 kpc du Soleil. Il a été découvert par Chong Li (Université Nanjing) et ses collaborateurs grâce au radiotélescope géant chinois FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope) en recherchant des nuages d'hydrogène atomique neutre (la raie spécifique d'émission H I). 

Les filaments galactiques sont l'une des structures de base du milieu interstellaire. Avec des résolutions spatiales élevées et des sensibilités dans le régime sub-millimétrique, des observations du télescope Herschel il  y a une dizaine d'années avaient révélé l'omniprésence de filaments dans les parties denses des nuages moléculaires, qui sont également étroitement liés à la formation d'étoiles. Les plus grandes structures allongées de nuages moléculaires sont appelées filaments 'géants', dont la longueur est supérieure à 10 pc. Un archétype avait été identifié en 2010 par Jackson et al. avec des dimensions et un rapport d'aspect extrêmes de 80 pc × 0,5 pc. Ce filament avait été dénommé Nessie, et certains spécialistes  y voyaient l'"os" du bras spiral Scutum-Centaurus, contenant des noyaux denses, lieux de naissance d'étoiles massives. 

Les chercheurs chinois ont caractérisé ce nouveau nuage de gaz massif qui prend la forme d'un filament géant, mais celui-ci bat tous les records antérieurs :  il a une longueur certaine de 1,1 kpc et pourrait s'étendre jusqu'à 5 kpc (plus de 16 000 années-lumière), avec une vitesse moyenne de 150 km.s-1, ce qui suggère selon Li et ses collaborateurs qu'il est situé loin derrière le bras Scutum-Centaurus. Ils ont également calculé sa masse, qui vaut 65000 masses solaires.

Ce qui surprend dans cette structure de gaz, c'est qu'elle n'a pas les caractéristiques classiques d'un filament : trop grande, trop éloignée du centre galactique et elle n'est reliée à aucun des bras spiraux de la Voie Lactée... En effet, depuis 2014 suite à la découverte de Nessie, de nombreuses observations ont été effectuées pour identifier des filaments géants, principalement dans l'infra-rouge et l'infra-rouge lointain, mais aucun filament géant n'a été trouvé dans la région de la Galaxie Extérieure Extrême (EOG) où la distance galactocentrique est supérieure à 15 kpc. Par ailleurs, 85% des filaments géants apparaissent principalement parallèles à (inclinaison < 45◦) et à proximité immédiate (< 30 pc) du plan galactique. Et entre 30% et 45% des filaments géants sont associés à des bras spiraux, leur longueur s'étalant de 11 pc à 269 pc (seulement!..). Le filament connu le plus éloigné est situé à 12 kpc du centre galactique, bien à l'intérieur des bras spiraux les plus éloignés (Rgc∼20 kpc). Par ailleurs, comme le montrent des simulations numériques de filaments galactiques, le cisaillement dû à la rotation galactique joue un rôle critique dans la formation de filaments à grande échelle. Puisque le mouvement de cisaillement tend à étirer et aligner le gaz avec les bras spiraux, les filaments géants ont tendance à se former dans les bras spiraux et les régions inter-bras. Contrairement à la plupart des filaments moléculaires géants qui sont associés à des bras spiraux et se situent à moins de 30 pc du plan de la Galaxie, Cattail se trouve bien au-delà du bras le plus externe OSC.

Si ce n'est pas un filament géant comme les autres, Li et ses collaborateurs proposent donc une seconde explication pour leur Queue de Chat : il pourrait alors s'agir d'une partie d'un nouveau bras spiral situé dans la région de l'EOG. Ce qui leur fait penser à ça, c'est le rapport d'aspect que semble montrer Cattail : il est 5 fois plus long que large, ce qui est assez similaire avec ce qui est observé sur des bras spiraux. Mais les chercheurs notent cependant que le difficulté de cette hypothèse vient du fait que la structure ne s'aligne pas sur le plan déformé du reste du disque de la galaxie..., ce qu'ils auraient dû voir dans leurs observations avec FAST. 

A ce stade, les chercheurs ont donc plus de questions que de réponses et sont incapables de tirer une conclusion ferme sur la véritable nature et l'identité de la Queue de Chat.  Il faut pouvoir expliquer comment un filament de gaz aussi grand pourrait se former au delà du bras Scutum-Centaurus et alternativement, comprendre pourquoi un bras spiral de l'EOG ne suivrait pas la forme générale distordue du disque galactique qui est attendue. 

Source

The discovery of the largest gas filament in our galaxy, or a new spiral arm ? 

Chong Li et al.

Accepté pour publication dans The Astrophysical Journal Letters

https://arxiv.org/abs/2108.01905


Illustration

Localisation de la Queue du Chat dans la galaxie (le Soleil se situe sur l'axe vertical vers le bas) (Li et al.)

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