Des astronomes détectent un nuage cosmique mystérieux, plus grand que notre galaxie

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Le nuage de gaz orphelin apparaît en bleu sur cette image (fausses couleurs appliquées à la gamme de rayons X), le gaz chaud en rouge et la région visible en blanc. | ESA/XMM-Newton

Des astronomes ont récemment fait une découverte inattendue, unique en son genre : un nuage de gaz « orphelin » d’une taille impressionnante — plus grand que notre galaxie, la Voie lactée. L’étonnant objet cosmique, faiblement lumineux, se situe dans un amas de galaxies duquel il semble être issu, selon les chercheurs.

Ce qui est très étonnant ici, c’est que malgré le fait que le nuage aurait été arraché d’une galaxie de l’amas, il ne s’est pas dissipé. Il s’agit donc du premier nuage de gaz de ce type jamais observé, resté plus ou moins compact pendant des centaines de millions d’années, « perdu » au milieu de l’espace. Cette découverte suggère une nouvelle façon d’explorer et de comprendre les amas de galaxies.

« Cette découverte est à la fois passionnante et surprenante. Elle démontre que de nouvelles surprises sont toujours possibles en astronomie, la plus ancienne des sciences naturelles », a déclaré le physicien Ming Sun, de l’université d’Alabama à Huntsville. Les détails ont été publiés dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Un nuage de gaz plus grand que la Voie lactée

Les amas de galaxies sont des groupes de galaxies liées entre elles par la gravitation. L’amas de galaxies où le nuage de gaz « orphelin » a été découvert est Abell 1367, appelé également amas du Lion. Il se situe à environ 300 millions d’années-lumière et contient au moins 72 galaxies majeures. Il fait partie d’un complexe de superamas plus vaste.

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De tels environnements ont souvent beaucoup d’activité, et les astronomes aiment les étudier pour essayer de comprendre davantage les mécanismes d’évolution de l’Univers. En 2017, des astronomes utilisant le télescope Subaru du Japon ont repéré ce qui semblait être un petit nuage chaud au sein d’Abell 1367 ; comme son origine n’était pas claire, ils ont répété les observations avec d’autres instruments pour l’examiner de plus près.

Pour cela, une équipe dirigée par l’astronome Chong Ge, de l’université d’Alabama à Huntsville, a utilisé le télescope XMM-Newton de l’ESA et le Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) du Very Large Telescope, en plus de Subaru. À leur grande surprise, ils ont identifié des émissions de rayons X montrant que le nuage était plus grand qu’ils ne le pensaient, beaucoup plus grand…

Après analyse des données et quelques calculs, les astronomes ont constaté que le nuage était en fait plus grand que la Voie lactée toute entière, avec une masse d’environ 10 milliards de fois celle du Soleil. Et il ne semblait pas être associé à une galaxie connue dans l’amas. Elle était simplement à la dérive. Mais l’abondance de données a permis aux chercheurs de déterminer la température du gaz, ce qui leur a fourni des indices sur sa provenance.

Vers la découverte d’autres nuages orphelins similaires

La température du nuage se situe entre 10 000 et 10 000 000 de kelvins, ce qui correspond au gaz que l’on trouve dans les galaxies, le milieu interstellaire. Le gaz chaud beaucoup plus ténu du milieu intra-amas (l’espace entre les galaxies de l’amas) est encore plus chaud, à environ 100 millions de kelvins. Cela suggère que le nuage de gaz a été arraché à une galaxie lors de son déplacement dans l’espace.

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« Le gaz du nuage est éliminé par la pression du gaz chaud de l’amas, lorsque la galaxie hôte s’élève dans le gaz chaud à une vitesse de 1000 à 2000 kilomètres par seconde », explique Sun. « C’est comme si vos cheveux et vos vêtements volaient en arrière lorsque vous courez en avant contre un fort vent contraire. Une fois éloigné de la galaxie hôte, le nuage est initialement froid et s’évapore dans le milieu intra-amas hôte, comme la glace qui fond en été ».

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Cependant, les chercheurs n’ont pu trouver aucune galaxie proche qui pourrait expliquer ce phénomène récent, ce qui ajoute du mystère à la présence du nuage orphelin. Pourtant, si le gaz avait été arraché à sa galaxie des centaines de millions d’années auparavant, comme le suggère cette absence de proximité, comment n’a-t-il pas été diffusé dans le milieu intra-amas ? Pour répondre à cette question, l’équipe a effectué des calculs et a découvert qu’un champ magnétique pouvait maintenir le nuage de gaz contre les instabilités qui auraient pu le diffuser, pendant de longues périodes.

Compte tenu de la masse élevée du nuage, l’équipe en a déduit que la galaxie mère dont il a été arraché était grande et massive. Cela pourrait les aider à déterminer de quelle galaxie il s’agissait ; un autre indice pourrait être les traces de gaz qui s’étendent à partir du nuage. En outre, maintenant que ce nuage solitaire a été identifié, les scientifiques disposent d’un ensemble de données qui permettront de découvrir d’autres nuages de ce type à l’avenir. Cela fournira des informations précieuses sur la dynamique intra-amas et la distribution de la matière dans les amas de galaxies.

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De plus, nous avons maintenant la preuve observationnelle que le milieu intra-amas peut dépouiller les galaxies de leur gaz. « En tant que premier nuage isolé brillant à la fois dans la raie spectrale H-alpha et dans les rayons X dans un amas de galaxies, il montre que le gaz retiré des galaxies peut créer des amas dans le milieu intra-amas, et que ces amas peuvent être découverts à l’avenir avec des données d’étude optique à grand champ », a déclaré Sun.

Source : Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

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