Les superbulles nucléaires sont des structures situées de part et d’autre de certaines galaxies, dont l’origine supposée est l’activité du trou noir supermassif situé dans le centre galactique. Connus depuis de nombreuses années, les processus ayant lieu au sein de ces objets sont toutefois encore mal compris. Grâce à un nouvel ensemble de données observationnelles, les astrophysiciens ont mis en évidence, dans une galaxie située à 67 millions d’années-lumière, un phénomène d’accélération des particules par les superbulles qui pourrait être une source de rayons cosmiques.
Les observations de l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA concernant la galaxie spirale NGC 3079 ont révélé que les bulles sont en réalité un énorme accélérateur de particules cosmiques, produisant des particules énergétiques à grande vitesse autour de leurs extrémités.
Les superbulles nucléaires sont une version plus jeune des bulles de Fermi, présentes de part et d’autre de la Voie lactée. Les astronomes pensent que cela se produit lorsque le trou noir supermassif situé au centre d’une galaxie possède une forte activité.
Lorsqu’un trou noir absorbe de la matière, des jets de plasma extrêmement puissants jaillissent de ses pôles, à des vitesses proches de celle de la lumière. La façon dont cela se produit n’est pas encore bien connue, mais les astronomes pensent que les matériaux de la partie interne du disque d’accrétion sont dirigés vers les pôles et éjectés à partir de ces derniers via les lignes de champ magnétique situées autour du trou noir.
L’hypothèse avancée est que ces jets, émis dans l’espace, creusent d’énormes cavités au-dessus et au-dessous du plan galactique. Dans la Voie lactée, les bulles de Fermi couvrent une distance d’environ 50’000 années-lumière. Les bulles de NGC 3079 sont un peu plus petites — l’une de 4900 années-lumière de diamètre, l’autre de 3600 années-lumière — et sont donc probablement un peu plus jeunes.
Les données acquises par Chandra concernant les rayons X ont montré des caractéristiques énergétiques compatibles avec l’émission d’un rayonnement synchrotron. Il s’agit de la première preuve directe de rayonnement synchrotron émanant de bulles galactiques.
Lorsque les bulles se dilatent dans le gaz environnant du milieu interstellaire, elles génèrent des ondes de choc, qui à leur tour produisent des champs magnétiques entremêlés. Les détails du mécanisme ont été publiés dans la revue The Astrophysical Journal.
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Selon l’équipe de recherche de l’Université du Michigan, des particules ricochent autour de ces champs magnétiques ; quand elles passent à travers le front de choc, elles sont accélérées. Ces particules ne proviendraient pas du centre galactique, car sinon elles auraient perdu trop d’énergie au moment où elles atteindraient le bord de la bulle. À travers cet effet d’accélération, des particules 100 fois plus énergétiques qu’au LHC pourraient être produites et constituer les rayons cosmiques.
Les chercheurs ne savent pas encore quelle est la source des ces particules qui sont ensuite accélérées par les superbulles. L’origine des bulles elle-même étant encore floue. Bien que l’hypothèse principale soit l’activité d’un trou noir, elles pourraient également être façonnées par les vents stellaires.
« Les futures observations radio/rayons X plus approfondies, la mesure minutieuse et la modélisation du champ magnétique, ainsi que la modélisation théorique des superbulles dans différents scénarios, aideront à mieux examiner la nature de l’excès de rayons X dans la bulle SW, et à mieux comprendre l’origine des bulles nucléaires galactiques » conclut l’étude.
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