samedi 3 juin 2023

Découverte de filaments radio pointant vers Sgr A* dans le plan galactique


Une équipe internationale d'astrophysiciens a découvert de nouveaux filaments visibles en ondes radio à proximité de Sgr A*. Mais ces filaments sont courts et s'étendent dans la direction du plan du disque galactique, à l'opposé des longs filaments précédemment découverts qui étaient orthogonaux au plan galactique. Et ces nouveaux filaments radio paraissent tous pointer vers Sgr A*. L'étude est publiée dans The Astrophysical Journal Letters

C'est en 1984 que Farhad Yusef-Zadeh de l'Université Northwestern et ses collaborateurs ont découvert les premiers gigantesques filaments unidimensionnels distribués verticalement près de Sagittarius A*, le trou noir supermassif central de notre galaxie. Ces filaments visibles en radio sont une émission synchrotron produite par des particules qui ralentissent dans un champ magnétique. Depuis, Yusef-Zadeh et ses collaborateurs n'ont cessé de multiplier les observations avec différents radiotélescopes pour tenter de mieux caractériser ce qui se passe dans cette riche région entourant Sgr A*. C'est avec le réseau de radiotélescopes MeerKAT qu'ils ont découvert en 2022 une grande population d'environ 1000 filaments verticaux qui apparaissaient par paires et en grappes, souvent empilés à égale distance ou côte à côte. Et c'est à nouveau avec MeerKAT qu'ils viennent de découvrir ce qui ressemble à une toute nouvelle population de filaments. Bien que les deux populations de filaments aient plusieurs similitudes, Yusef-Zadeh et son équipe concluent qu'elles ont des origines différentes. Les filaments verticaux précédemment découverts s'étendent en effet jusqu'à 150 années-lumière perpendiculairement au dessus du plan galactique, mais ces nouveaux filaments, eux, sont orientés horizontalement, dans le plan de la galaxie, ils couvrent un seul côté de Sagittarius A* et s'étendent au maximum sur 10 années-lumière. Et les chercheurs montrent qu'ils pointent presque tous radialement vers Sgr A*, ce qui n'est pas le cas des longs filaments verticaux (qui eux sont orientés vers une région assez large couvrant 1° autour de Sgr A*).
Une autre différence entre les deux populations de filaments radio est aussi les énergies qui sont en jeu : les longs filaments verticaux sont "relativistes" (produits par des particules se déplaçant à des vitesses proches de la vitesse de la lumière) alors que les filaments courts horizontaux sont dits "thermiques", ils sont associés à des mouvements de particules dans des nuages moléculaires. 
Pour localiser les filaments, l'équipe de Yusef-Zadeh a utilisé une technique pour supprimer le fond et lisser le bruit des images de MeerKAT afin d'isoler les filaments des structures environnantes. Les chercheurs ont ainsi établi que ces filaments courts ne sont pas aléatoires mais semblent bien être liés à un écoulement associé au trou noir galactique. Ils peuvent même donner un âge à cet écoulement de plasma et de particules : il aurait eut lieu il y a 6 millions d'années. 



Pour l'instant, les astrophysiciens ne proposent qu'une explication plausible pour les mécanismes et les origines de la nouvelle population de filaments. Ils proviendraient de l'interaction du plasma éjecté par Sgr A* il  y a 6 millions d'années avec le milieu environnant, selon eux. L'alignement de la population de filaments courts résulterait de la pression dynamique de l'écoulement de Sgr A * qui dépasserait la pression interne des filaments et les alignerait le long du plan galactique. La valeur de la pression dynamique qui est estimée par les chercheurs à une distance de 300 pc, nécessite un débit massique biconique de 10-4 M⊙ par an, avec un angle d'ouverture de ∼40° et en faisant l'hypothèse que le champ magnétique soit de 10-4 G. Cet écoulement alignerait non seulement les filaments magnétisés le long du plan galactique, mais accélèrerait également le matériau thermique associé aux nuages ​​​​de gaz sur le trajet.
Mais l'une des implications les plus importantes de cet écoulement radial qui est détecté grâce aux nouveaux filaments courts, c'est l'orientation du disque d'accrétion et du jet de Sagittarius A * par rapport au plan galactique. Cet écoulement émergerait perpendiculairement au plan équatorial du disque d'accrétion de Sgr A* et longerait donc le plan galactique, avec un angle d'ouverture de l'écoulement qui est estimé à environ 40° par rapport au plan galactique où se trouve le jet relativiste. En d'autres termes, cela signifie que le plan du disque d'accrétion de Sgr A* serait presque orthogonal au plan galactique où nous nous trouvons. On le verrait donc pas dessus (ou par en dessous). 
Si le disque d'accrétion de Sgr A* est orthogonal à son axe de rotation, cela voudrait dire que l'axe de rotation de Sgr A* est complètement désaxé par rapport à l'axe de rotation de notre galaxie, de presque 90°... Vivement les prochaines observations du centre galactique en radio !

Source

The Population of the Galactic Center Filaments: Position Angle Distribution Reveals a Degree-scale Collimated Outflow from Sgr A* along the Galactic Plane
F. Yusef-Zadeh et al.
The Astrophysical Journal Letters, Volume 949, Number 2 (2 june 2023)


Illustrations

Les deux populations distinctes de filaments radio découverts dans le centre galactique avec MeerKAT  (F. Yusef-Zadeh et al.)

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