La complexité somptueuse du centre galactique imagée par MeerKAT

 

L'équipe qui exploite le réseau de radiotélescopes MeerKAT en Afrique du Sud vient de publier une nouvelle étude portant sur le centre galactique. De nouvelles images de la zone entourant Sgr A* à 1.28 GHz avec une superbe résolution et une profondeur sans précédent montrent les émissions radio de la région qui produisent des formes complexes, et qui apportent une beauté quasi artistique... On y voit des milliers de filaments, certains formant des stries parallèles, des résidus de supernova, des pouponnières d'étoiles et autres structures étonnantes. L'étude est publiée dans The Astrophysical Journal. 

La région centrale de notre galaxie dans un rayon de ∼200 pc, contient non seulement un trou noir supermassif de 4,3 millions de masses solaires, Sgr A*, mais aussi des quantités importantes de gaz moléculaire, de poussière, et des densités d'énergie issues de formations d'étoiles et de rayons cosmiques qui sont environ 100 fois plus élevées que les niveaux moyens dans le disque galactique. L'activité y est intense et produit un foisonnement de rayonnements dans toutes les longueurs d'ondes, des rayons gamma très énergétiques aux ondes radio de basses fréquence. Les ondes radio à la fréquence de l'ordre du GHz (longueur d'onde d'environ 30 cm) pénètrent facilement la poussière intermédiaire qui masque la vue de cette région à d'autres longueurs d'onde. C'est la conception innovante, la sensibilité et la position géographique de MeerKAT qui ont été les clés de la production de cette image radio remarquable.

Cette image mosaïque fournit aux astronomes le meilleur aperçu à ce jour de la population de ces mystérieux "filaments radio" connus depuis plusieurs décennies et qui avaient déjà été imagés par MeerKAT  en 2018 dès sa mise en service, des filaments qu'on ne trouve nulle part ailleurs. La nouvelle image est basée sur une mosaïque de 20 observations distinctes qui ont nécessité 144 heures de temps de télescope, couvrant une surface de 6,5 degrés carrés (30 fois la surface de la pleine Lune). Les données ont été traitées de manière cohérente pour obtenir une résolution angulaire de 4 secondes d'arc (ce qui correspond à distinguer une personne de grande taille à une distance de 100 kilomètres...) et une image de 100 mégapixels. Le traitement des 70 téraoctets de données brutes a été partagé entre deux superordinateurs du Cap, le Lengau du Centre for High Performance Computing et le ilifu de l'IDIA.

Un reste de supernova presque parfaitement sphérique a aussi été découvert au bord de la mosaïque de MeerKAT, nommée G358.7+0.8. Le spectre des ondes radio qui forment cette bulle signe sa nature par un spectre caractéristique d'un rayonnement synchrotron (émission d'électrons décélérés dans un champ magnétique). A noter que de nombreuses sources radio compactes sont également visibles, dont beaucoup sont issues de trous noirs supermassifs au centre de galaxies situés en arrière plan à des milliards d'années-lumière des structures principales imagées par MeerKAT qui sont pour la plupart situées à 26000 années-lumière autour de Sgr A*. Ian Heywood (Université d'Oxford) et son équipe découvrent également une source un peu intrigante qui arbore une sorte de queue de comète. Il pourrait s'agir selon les chercheurs d'un objet situé dans notre galaxie et se déplaçant à grande vitesse en laissant derrière lui un sillage qui émet un rayonnement radio. 

Quant aux filaments qui parsèment l'image,  ce sont de fins écoulement de plasma magnétisés émettant des ondes radio. D'une longueur pouvant atteindre 100 années-lumière, ces structures uniques défient encore toute explication concluante concernant leur origine, depuis leur découverte il y a plus de 35 ans. Et MeerKAT a découvert beaucoup plus de filaments de ce type que ce que l'on connaissait auparavant, plusieurs milliers. Ce grand nombre de filaments qui émettent des ondes radio peuvent même maintenant être étudiés en tant que population et une première étude dans ce sens est publiée dans The Astrophysical Journal Letters en accompagnement de cet article. 

Certaines sources montrent des formes particulières qui leur ont valu un surnom évocateur. On peut citer par exemple 'la harpe", "le pélican", "le sapin de noël", ou encore cette source un peu étendue nommé "la souris" qui ressemble effectivement à une souris qui semble s'échapper. Elle se trouve à proximité immédiate d'un résidu de supernova nommé G359.1-0.5, et les chercheurs pensent que la "souris" ne serait rien d'autre que le pulsar qui s'est trouvé éjecté lors de l'explosion de la supernova. 

A proximité de ce résidu de supernova et de sa petite souris fuyante se trouve l'un des filaments les plus longs et célèbres de la zone, qu'on appelle "le serpent". Outre de nouveaux candidats de restes de supernova, des bulles stellaires entraînées par des explosions ou des vents et de nombreux nouveaux complexes de filaments, Heywood et ses collaborateurs offrent à la communauté astrophysique des données améliorées sur la "bulle de l'arc radio" ainsi que les régions nommées Sgr A et Sgr B. Grâce au découpage spectral en 16 bandes de fréquence, l'image globale peut être "colorisée" en fonction de l'index spectral, montrant pour la première fois les différences qui peuvent exister en terme d'énergie selon les structures. 

Pour Heywood et ses collaborateurs, l'image de MeerKAT suggère fortement que les filaments radio non-thermiques ont une relation de cause à effet avec les bulles radio bipolaires de 430 pc identifiées en 2019. L'image révèle également les processus d'afflux et d'écoulement qui sont en jeu dans les quelques dizaines de parsecs internes de la galaxie, suggérant un écoulement bipolaire ou en forme de sablier dans cette région, avec son axe principal aligné perpendiculairement au disque galactique, et parallèle à celui des bulles synchrotron qui sont observées à plus grande échelle.

La nouvelle vue radio de la région centrale de la galaxie fournie par MeerKAT représente une amélioration significative par rapport à l'imagerie radio précédente de cette région. Sa richesse apporte une très grande quantité de données aux spécialistes de nombreux sous-domaines de l'astrophysique certainement pour plus de 10 ans de travail. Ces données vont permettre l'étude de nombreux phénomènes qui ont lieu dans le centre galactique, à la fois en tant que tel (les phénomènes produisant des ondes radio), mais aussi en combinant ces observations avec d'autres données à d'autres longueurs d'ondes.  

Source

The 1.28 GHz MeerKAT Galactic Center Mosaic

I. Heywood et al.

accepté pour publication dans The Astrophysical Journal

https://arxiv.org/abs/2201.10541

Illustrations

1. Mosaïque d'images produite par MeerKAT avec une colorisation par l'index spectral (I. Heywood et al/SARAO/ JC Munoz-Maleos)

2. Le résidu de supernova G358.7+0.8 nouvellement découvert (I. Heywood et al.)

3. La "bulle de l'arc radio" qui enveloppe la zone ultra-centrale abritant Sgr A* (point lumineux en bas) (I. Heywood et al.)

4. Le résidu de supernova G359.1-0.5 et sa souris (à gauche) (I. Heywood et al.)