De quoi est fait le halo des galaxies?

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C’est dans le halo des galaxies que pourrait se cacher la matière manquante baryonique, penser les astronomes. Pour en avoir le cœur net, ils recherchent à éclairer la structure du halo de la Voie lactée. Mais leurs dernières observations aux rayons X révèlent au contraire un halo grumeleux de gaz recyclés.

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Le halo, c’est la vaste région remplie de gaz chaud qui entoure la Voie lactée. Et les autres galaxies. Les astronomes parlent aussi de milieu circumgalactique. C’est là que pourrait se cacher la matière manquante visible de notre Univers. Mais aujourd’hui, des chercheurs de la Nasa et de l’université de l’Iowa (États-Unis) nous apprennent que ce Halo prend la forme d’un disque grumeleux continuellement alimenté par de la matière éjectée d ‘étoiles naissantes et mourantes.

C’est grâce à HaloSat, un minisatellite – de la famille des CubeSats destiné à l’exploration de l’espace à faible coût – de la taille d’une grille-pain et lancé depuis la Station spatiale internationale (ISS) en mai 2018, que les astronomes en sont arrivés à cette conclusion. Contrairement à ce que fait l’observatoire de rayons X Chandra, HaloSat a en effet accès à une région plus grand du ciel. Ses détecteurs sont donc optimisés pour l’étude du halo galactique.

«Les émissions de rayons X sont plus fortes au-dessus des parties de la Voie lactée où la formation d’étoiles est plus vigoureuse, explique Philip Kaaret, astrophysicien à l’université de l’Iowa dans un communiqué. Les grumeaux que nous observons suggèrent que le milieu circumgalactique est lié à la formation d’étoiles. La Voie lactée n’est pas un système fermé. Elle interagit avec son halo, échangeant de la matière avec lui, dans un grand cycle de recyclage. »

Où se cache la matière manquante?

Toutes les galaxies sont entourées d’un milieu circumgalactique. Ces halos sont cruciaux pour comprendre comment les galaxies se sont formées et ont évolué. Mais aussi plus générale, comment notre Univers a changé une base d ‘hydrogène et d ‘hélium en étoiles, en planètes et en tous les autres objets que nous lui connaissons aujourd’hui.

Si les astronomes recherchés à ces halos, c’est aussi parce qu’ils sont soupçonnés de renfermer la matière baryonique manquante. Une matière tout à fait visible – à l’opposé de la matière sombre -, mais dont l’observation dans l’Univers local échappe toujours aux chercheurs. Et en définissant la taille réelle du milieu circumgalactique de la Voie lactée, ils espèrent enfin mettre la main dessus.

«Nous avons clairement montré qu’il existe une partie à haute densité du milieu circumgalactique qui est brillante dans les rayons X, précise Philip Kaaret. Le signe que notre halo est composé de matériaux recyclés et d’une couche de gaz relativement mince et grumeleuse dans laquelle il serait difficile de cacher la matière manquante. Mais il pourrait aussi exister un halo vraiment grand et étendu, sombre dans les rayons X. Il pourrait justement être difficile à voir, à cause de ce disque brillant que nous avons sur le chemin. » La porte n’est donc toujours pas totalement fermée …

Le halo de la Voie lactée surprend à nouveau les chercheurs

Le halo galactique de la Voie lactée serait bien plus chaud que les scientifiques ne l’avaient estimé par le passé. Ces nouveaux résultats pourraient aider les astronomes à mieux comprendre le processus de formation des galaxies.

Article de Emma Hollen paru le 07/06/2020

Les galaxies sont des objets … flous. Bien qu’il nous arrive souvent de nous les exposés comme des disques, des globes ou des sombreros aux contours bien dessinés, leurs frontières sont en réalité bien plus diffuses que les vues d’artistes ne le laissent percevoir. À la périphérie de ces géantes cosmiques, on trouve en effet un ensemble d’étoiles anciennes et erratiques, de gaz et, théoriquement, de matière noire, constituant ce que l’on appelle un halo galactique.

Un halo très, très chaud

La transition entre le corps des galaxies et leur halo est imprécise. Il arrive même que certaines étoiles de la périphérie s’offrent un voyage à travers le centre du disque, animées par un mouvement propre. De façon plus générale, les halos eux-mêmes sont des objets encore relativement flous et incompris pour les chercheurs, qui tentent encore d’expliquer comment ceux-ci influent sur la vitesse de rotation aux bordures de leurs galaxies. Certaines théories postulentes même l’existence de Machos et de Wimps (Mauviettes en anglais) dans le halo, respectivement des objets compacts et sombres. Mais aujourd’hui, c’est sa température qui nous intéresse.

Une étude de l’université d’État de l’Ohio avait déjà contesté les premières estimations pour la température du halo de notre Voie lactée, faisant monter le thermomètre à 10 millions de degrés Kelvin pour les régions les plus extrêmes. Néanmoins, de nouveaux résultats semblent suggérer que ces températures élevées pourraient être trouvées dans l’ensemble du halo. « Nous ne pouvons pas affirmer avec certitude qu’il en est ainsi partout, car nous n’avons pas analysé halo en entier », Explique Smita Mathur, chercheuse principale de l’étude et de celle qui l’a précédée. « Mais nous savons désormais que les températures que nous avons observées dans la première étude ne sont pas exceptionnelles, et c’est très excitant. »

Retracer l’histoire des galaxies

Le halo galactique gagner de nombreuses informations qui peuvent renseigner les chercheurs sur le processus de formation et l’évolution des galaxies. Il constitue en quelque sorte le chaînon manquant entre sa galaxie et le reste de l’Univers. Cette découverte constitue donc une nouvelle étape dans la compréhension de notre nébuleuse entité. Les données analysées par l’équipe de Mathur proviennent de l’observatoire spatial XMM-Newton, développé par l ‘Esa et destiné à la collecte de rayons X, qui nous informent sur la formation des étoiles, des galaxies, la distribution de la matière noire ou encore l’existence des pantalons noirs supermassifs. Afin de compléter ces informations, la chercheuse Anjali Gupta s’est également penchée sur les données du satellite japonais Suzaku, qui ont permis de confirmer que l’observatoire n’avait pas simplement enregistré une aberration. L’observation de NGC 3221, similaire à notre Voie lactée, a donné des températures similaires, suggérant que les chiffres pourraient être revus à la hausse pour plus d’une galaxie dans l’Univers.

Voie lactée: la composition et la température du halo surprennent les astronomes

Article de Nathalie Mayer, publié le 20 janvier 2020

La Voie lactée est entourée d’un halo de poussière, de gaz et de matière noire. Et des chercheurs nous apprennent aujourd’hui que celui-ci est plus chaud que les astronomes le pensaient jusqu’alors. Il est aussi composé d ‘éléments chimiques différents de ceux qu’ils imaginaient.

XMM-Newton. C’est le nom d’un télescope lancé en 1999 par l’Agence spatiale européenne (ESA) et destiné à l’observateur de l’espace dans le domaine des rayons X dits mous. Et grâce à cet instrument, des astronomes viennent de découvrir que le gaz qui se cache dans le halo de notre Voie lactée atteint des températures bien plus chaudes que ce qu’ils pensaient. Sa composition chimique serait également différente. De quoi remettre en question ce que nous savons sur notre Galaxie.

Pourquoi? Parce que les caractéristiques du halo d’une galaxie – cette vaste région de gaz, d’étoiles et de matière noire qui nous soulage à l’Univers – sont réputées dépendre de sa masse et jouer un rôle important dans son évolution.

Les travaux reposant sur les données de XMM-Newton ont compris que le halo de notre Voie lactée renferme non pas un, mais trois composants différents de gaz chauds. Le plus chaud d’entre eux apparaissant dix fois plus chaud que ce que les astronomes pensaient jusqu’alors. «Une partie du gaz du halo de notre Galaxie atteint les 10 millions de degrés», commente Sanskriti Das, dans un communiqué de l’ESA. Jamais une telle structure n’a encore été visité ailleurs dans l’Univers.

Et elle l’a probablement été grâce à la durée exceptionnelle des observations prévues à l’aide de XMM-Newton: trois semaines. Alors que les précédentes observations du halo de notre Voie lactée s’étaient limitées à des périodes d’un jour ou deux. Cette fois, les astronomes pensent avoir été en mesure de détecter des signaux auparavant trop faibles pour être vus.

Des mécanismes à éclaircir

Les chercheurs ont en fait analysé la lumière intense d’un blazar – le noyau très actif d’une galaxie éloignée – après son passage à travers le halo de notre Galaxie. Les signatures spectrales enregistrées ont permis de remonter à des températures spécifiques. Et la question se pose désormais pour les astronomes du mécanisme à l’origine de cette température étonnante. «Nous pensons que le gaz est chauffé à environ 1 million de degrés lors de la formation d’une galaxie», explique Sanskriti Das. Comment le gaz peut ensuite se réchauffer encore? Peut-être par l’action des évents émanant du disque d’étoiles de la Voie lactée.

Les chercheurs ont également conclu une composition chimique inattendue. Des éléments plus lourds que l’hélium, par exemple. De quoi penser que le halo de la Voie lactée est alimenté par des éléments projetés par des étoiles en fin de vie. Des étoiles plutôt massives, car le halo contient proportionnellement moins de fer que notre Soleil. Il contient aussi moins d ‘oxygène, qui a pu être capturé par des particules de poussière. «C’est vraiment excitant», rapporte Sanskriti Das. «Il nous reste beaucoup à apprendre sur la façon dont notre Galaxie a évolué. »

D’autant que les astronomes imaginent que ces composantes chaudes du halo de la Voie lactée pourraient se retrouver dans d’autres halos de galaxies. Et, comme elles n’avaient jamais été observées par le passé, renfermer une quantité non négligeable de la fameuse matière manquante!

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