Une nouvelle image du centre de notre galaxie révèle près d’un millier de mystérieux filaments

C’est l’aboutissement d’un travail de trois ans. Près de 200 heures d’observations avec le télescope MeerKAT de l’Observatoire sud-africain de radioastronomie (SARAO) auront été nécessaires pour aboutir à une image du centre de la Voie lactée avec une précision sans précédent. Ce nouvel aperçu du cœur de notre galaxie a révélé une quantité impressionnante de filaments suspendus dans l’espace, s’étendant jusqu’à 150 années-lumière. Ces nouvelles observations permettront peut-être d’expliciter enfin la nature et l’origine de ces mystérieuses structures.

Farhad Yusef-Zadeh, de l’Université Northwestern, s’intéresse depuis longtemps à ces énigmatiques brins galactiques. C’est en observant le ciel dans la gamme des ondes radio que l’astronome a découvert leur existence au début des années 1980. Il observa alors que ces filaments magnétiques, organisés d’une façon bien spécifique (en amas, empilés à égale distance), sont constitués d’électrons de rayons cosmiques tournant dans le champ magnétique à une vitesse proche de celle de la lumière. La question de leur origine est cependant restée insoluble.

Cette nouvelle image de la galaxie pourrait changer la donne : elle révèle en effet 10 fois plus de filaments que ceux découverts jusqu’à présent, ce qui permet aux scientifiques de déterminer les propriétés statistiques de ces filaments à partir d’un échantillon bien plus large. « Nous avons longtemps étudié les filaments individuels avec une vision myope. Maintenant, nous avons enfin une vue d’ensemble », a déclaré Yusef-Zadeh dans un communiqué. « C’est la première fois que nous sommes en mesure d’étudier les caractéristiques statistiques des filaments », a-t-il ajouté.

Une origine probablement liée à l’activité passée de Sagittarius A*

Ce travail n’aurait pas vu le jour sans le MeerKAT, qui bénéficie d’une technologie, d’une sensibilité et d’un positionnement géographique exceptionnels. Ce radiotélescope se compose de 64 antennes, de 13,5 mètres de diamètre chacune, réparties sur une zone de huit kilomètres dans le Cap Nord, en Afrique du Sud. Mis en service en 2018, c’est le radiotélescope le plus sensible au monde et l’un des précurseurs du radiotélescope Square Kilometre Array (SKA), qui est en cours de construction en Afrique du Sud et en Australie.

L’équipe de Yusef-Zadeh a passé près de trois ans à scruter différentes sections du ciel vers le centre de la Voie lactée, situé à 25 000 années-lumière de la Terre, afin d’obtenir cette image incroyable. Outre les filaments, elle met en évidence de nombreux autres phénomènes, tels que des sursauts d’étoiles, des pouponnières d’étoiles et des restes de supernovas. Pour examiner spécifiquement les filaments, les chercheurs ont réussi à les isoler des structures environnantes via une technique permettant de supprimer l’arrière-plan de l’image principale (voir l’image d’en-tête).

À partir de cette vue d’ensemble, l’équipe a exploré les champs magnétiques des filaments, ainsi que le rôle des rayons cosmiques dans l’illumination de ces champs magnétiques. Leur étude, disponible sur arXiv, a été acceptée pour publication par The Astrophysical Journal Letters. Ils notent que les indices spectraux moyens des filaments (-0,83) sont plus accentués que ceux des restes de supernova (-0,62) ; leur variation est en outre beaucoup plus importante, ce qui suggère que ces caractéristiques ont une origine différente.

Selon les chercheurs, il est plus probable que l’origine des filaments soit liée à l’activité passée de Sgr A* — le trou noir supermassif situé au centre de la Voie lactée — plutôt qu’à une explosion coordonnée de supernovas. Les filaments pourraient également être liés à d’immenses bulles, de plusieurs centaines d’années-lumière de haut et émettrices d’ondes radio, que Yusef-Zadeh et ses collaborateurs ont découvertes en 2019 — la quasi-totalité des filaments découverts était vraisemblablement confinée dans ces bulles. Les chercheurs avaient conclu à l’époque que l’événement énergétique qui avait donné naissance à ces bulles radio était également responsable de l’accélération des électrons nécessaires pour produire l’émission radio des filaments magnétisés.

Une structure particulière qui reste inexpliquée

Yusef-Zadeh savait déjà que les filaments sont magnétisés, mais il peut désormais affirmer que les champs magnétiques sont amplifiés tout au long des filaments. « L’intensité moyenne du champ magnétique le long des filaments varie d’environ 100 à 400 µG selon le rapport supposé entre protons et électrons des rayons cosmiques », précisent les chercheurs dans leur article, qui concluent que de par la forte pression des rayons cosmiques qui règne au centre galactique, le champ magnétique est faible dans la majeure partie du volume interstellaire de cette région.

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À présent, l’équipe identifie et catalogue consciencieusement chaque filament. L’angle, la courbure, le champ magnétique, le spectre et l’intensité de chacun d’entre eux feront l’objet d’un futur article. La compréhension de ces propriétés devrait permettre de mieux saisir la nature de ces brins mystérieux.

La structure des filaments est, quant à elle, particulièrement intrigante : au sein des amas, les filaments sont séparés les uns des autres par des distances parfaitement égales, équivalentes à la distance entre la Terre et le Soleil. Mais les chercheurs n’ont pour le moment aucune explication à apporter à ce phénomène. « Nous ne savons toujours pas pourquoi ils s’organisent en amas, ni ne comprenons comment ils se séparent, et nous ne savons pas comment ces espacements réguliers se produisent », déplore le scientifique.

Par ailleurs, lui et son équipe aimeraient pouvoir déterminer si ces filaments évoluent ou s’ils se déplacent. Enfin, dernier mystère à résoudre : comment les électrons qui les constituent parviennent à atteindre des vitesses aussi extrêmes, proches de celle de la lumière ? Selon Yusef-Zadeh, il existe probablement une source à l’extrémité des filaments capable de les accélérer. Les futures observations du MeerKAT permettront peut-être d’apporter de nouveaux éléments de réponse.

Source : F. Yusef-Zadeh et al., arXiv