Découverte d’un « Cercle Radio Étrange » aux caractéristiques inattendues

Des astronomes ont identifié un nouveau « Cercle Radio Étrange » (Odd Radio Circle – ORC) de 371 600 années-lumière de diamètre, dont les caractéristiques suggèrent l’existence d’un nouveau sous-type d’ORC. Bien qu’immense, il est notamment bien plus petit et moins lumineux que ceux précédemment découverts et n’a été détecté que par le biais de l’étude approfondie d’une zone réduite du cosmos. Cette découverte pourrait fournir de précieux indices concernant l’origine de ces mystérieuses structures.

Découverts pour la première fois en 2019, les ORC sont d’immenses sphères d’ondes radio qui entourent des galaxies lointaines. Ils sont considérés comme des cercles extragalactiques d’émission radio à spectre raide, sans aucune émission détectée à d’autres longueurs d’onde en dehors de celle de la galaxie hôte. Leur détection a tellement déconcerté les astronomes qu’ils ont initialement supposé des erreurs techniques. Cependant, d’autres structures similaires ont été détectées plus tard autour de grandes galaxies elliptiques.

Ce qui impressionne le plus à propos des ORC, c’est leur taille démesurée. Au moment de leur découverte, les chercheurs ne savaient pas s’il s’agissait de structures relativement proches ou de grands objets éloignés. Après de plus amples analyses, il s’avère que chacun abrite un noyau galactique actif. Les mesures des distances par rapport à ces noyaux ont révélé que cinq des premiers ORC découverts mesurent entre 1 et 1,5 million d’années-lumière de diamètre ! Ils peuvent soit présenter des bords extérieurs éclairés en forme d’anneau autour de leur galaxie hôte, soit afficher une structure plus diffuse sans rebords nets.

Baptisé ORC J0219–0505, celui récemment découvert par l’équipe de l’Organisation de recherche scientifique et industrielle du Commonwealth (CSIRO) et de l’Université Western de Sydney, en Australie, présente des caractéristiques différentes des précédents. « Tous les ORC que nous avions découverts auparavant étaient très similaires. Nous ne savions pas si c’était parce que tous les ORC étaient vraiment similaires ou s’il s’agissait d’un biais de sélection dans nos méthodes de détection », explique Ray P. Norris, l’auteur principal de l’étude, à Space.com. « Ce nouvel ORC nous indique qu’il s’agissait bien d’un effet de sélection », affirme-t-il.

Bien plus petit et moins lumineux que ceux précédemment détectés

Pour détecter le nouvel ORC, l’équipe de Norris a utilisé les données de l’étude MeerKAT International GHz Tiered Extragalactic Exploration (MIGHTEE) du radiotélescope MeerKAT, au Cap-du-Nord, en Afrique du Sud. Les données analysées rassemblent 564,2 heures d’observation au niveau d’une zone du ciel située à 20°.

Associé à la galaxie elliptique massive WISEA J021912.43–050501.8, ORC J0219–0505 présente un anneau d’émission radio brillant aux bords et est plus compact au centre. L’espace interne de l’anneau semble être rempli d’une faible émission radio diffuse qui s’étend légèrement vers le côté sud-est. D’après le rapport prépublié sur le serveur arXiv, ORC J0219–0505 mesure 35 secondes d’arc de diamètre, soit 371 600 années-lumière, et 107 500 années-lumière de large.

Les chercheurs indiquent que le nouvel ORC est bien plus petit et moins lumineux que ceux précédemment découverts. Néanmoins, sa taille est environ deux fois plus grande que celle de sa galaxie hôte, dont les dimensions sont comparables à celles de la Voie Lactée. Ces caractéristiques suggèrent que les ORC peuvent exister selon une gamme de tailles et de luminosités différentes.

D’autre part, étant donné qu’ORC J0219–0505 n’aurait probablement pu être détecté sans une étude approfondie avec un instrument aussi puissant que MeerKAT, d’autres objets similaires pourraient exister ailleurs dans le cosmos – suggérant ainsi potentiellement une nouvelle catégorie d’ORC. « C’est une découverte complètement inattendue, non prévue par la physique que nous connaissons déjà, et qui révèle donc une lacune dans nos connaissances », indique Norris.

Des ondes de choc dues à la collision de trous noirs supermassifs ?

Différentes hypothèses ont été proposées concernant l’origine de ces étranges structures. Selon Norris, l’émission radio des ORC provient d’un rayonnement synchrotron, un phénomène provoqué par l’accélération d’électrons à haute énergie due à une onde de choc. Cependant, l’origine d’ondes de choc suffisamment puissantes pour donner naissance à ces gigantesques structures fait débat.

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Une théorie suggère que l’anneau entourant les ORC résulte de chocs au sein de la sphère de gaz entourant la galaxie hôte. Dans cette vision, l’anneau que nous apercevons ne serait donc que la partie transversale d’une sphère qui s’étend. L’onde de choc pourrait aussi provenir d’une collision ou de la fusion de deux galaxies ou de deux trous noirs supermassifs.

L’hypothèse de Norris avance que les anneaux pourraient s’être formés à partir d’une onde de choc plane provenant d’une source externe et traversant les cercles d’émission radio résiduels d’un trou noir supermassif. Ces cercles émergeraient de chaque côté du trou noir, qui les alimenta et les fit s’étendre sur de très grandes distances. Lorsque l’onde de choc plane traverse le bord extérieur du cercle, cela créerait un anneau d’électrons accélérés, générant ainsi un rayonnement synchrotron.

Cependant, « le décalage entre le centre de l’anneau et la galaxie hôte n’est pas facile à expliquer dans le modèle de fusion de trous noirs supermassifs », estime Norris. Néanmoins, la découverte d’ORC J0219–0505 pourrait fournir davantage d’indices indiquant lequel de ces modèles pourrait correspondre au phénomène. L’équipe prévoit d’étudier davantage la structure et sa galaxie hôte et se consacrera également à la recherche d’autres ORC similaires. « Nous espérons donc que ces résultats nous apprendront quelque chose de nouveau sur la manière dont les galaxies se forment et interagissent », conclut l’expert.

Source : arXiv