Il y a des centaines de filaments mystérieux au centre de la Voie lactée

Il y a plusieurs millions d'années, le cœur de notre galaxie a connu un événement puissant. Il a fait exploser une énorme bulle bilobée qui a traversé le milieu interstellaire dans deux directions. Quoi qu'il en soit, il a libéré d'énormes quantités d'énergie du trou noir supermassif central, Sagittarius A* (Sgr A* en abrégé).

Ces bulles contiennent d'étranges filaments verticaux unidimensionnels qui émettent leurs propres signaux radio. En 1984, l'astronome Farhad Yusef-Zadeh de la Northwestern University et ses collaborateurs ont été les premiers à observer ces traînées vaporeuses. Maintenant, ils en connaissent plus d'un millier. Ils émettent des ondes radio dans la partie micro-ondes du spectre électromagnétique.

Récemment, l'équipe a trouvé une plus petite population de filaments près de Sgr A*. Cependant, ceux-ci ne sont pas verticaux. Au lieu de cela, ils se trouvent le long du plan galactique et rayonnent comme des rayons sur une roue. "Ce fut une surprise de trouver soudainement une nouvelle population de structures qui semblent pointer dans la direction du trou noir", a déclaré Yusef-Zadeh. "Nous avons toujours pensé aux filaments verticaux et à leur origine. J'ai l'habitude qu'ils soient verticaux. Je n'ai jamais pensé qu'il pourrait y en avoir d'autres le long de l'avion."

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Lui et l'équipe ont été stupéfaits lorsqu'ils ont vu ces structures étirées radialement. "Nous avons dû faire beaucoup de travail pour établir que nous ne nous trompions pas", a-t-il déclaré. "Et nous avons découvert que ces filaments ne sont pas aléatoires mais semblent être liés à l'écoulement de notre trou noir. En les étudiant, nous pourrions en apprendre davantage sur l'orientation du disque de rotation et d'accrétion du trou noir. Il est satisfaisant de trouver de l'ordre dans un milieu d'un champ chaotique du noyau de notre galaxie."

Yusef-Zadeh a souligné que quelque chose s'était clairement produit dans le noyau pour créer les filaments radiaux courts. "Nous pensons qu'ils doivent provenir d'une sorte de sortie d'une activité qui s'est produite il y a quelques millions d'années", a-t-il déclaré. "Cela semble être le résultat d'une interaction de ce matériau sortant avec des objets à proximité."

Comme d'autres trous noirs supermassifs, Sgr A* est connu pour avaler occasionnellement de la matière. Ensuite, il "émet" une explosion d'énergie et de plasma hautement magnétisée. Cela semble l'explication la plus probable de l'apparition des bulles et des filaments. Il est possible qu'un tel jet soit entré en collision avec des nuages ​​de gaz et de poussière dans le voisinage immédiat. Cela aurait pu conduire à des structures magnétiques torsadées qui forment les filaments.

Une autre idée est que le gaz moléculaire a été étiré par l'expansion du matériau près du noyau. Cela crée en quelque sorte les filaments radiaux. Une telle action expliquerait également l'apparence déséquilibrée du complexe Sgr E. Il se trouve d'un côté du trou noir à l'intersection de la zone moléculaire centrale et d'une large voie de poussière centrale. Enfin, il est également possible que le potentiel gravitationnel de la barre centrale de notre galaxie tire le nuage Sgr E. Cela pourrait jouer un rôle dans la formation de ces filaments.

Les verticales posent un défi différent à comprendre. Ils s'élèvent jusqu'à 150 années-lumière au-dessus du plan de la galaxie. Yusef-Zadeh et son équipe suggèrent quelques idées pour leur existence. Le premier est la pression des rayons cosmiques forçant les filaments dans une orientation verticale. Cette pression est la conséquence de l'événement explosif il y a quelques millions d'années qui a créé les bulles.

Certaines verticales pourraient être le résultat de l'interaction d'un vent à grande échelle dans la région et d'obstacles encastrés dans l'écoulement. Cette combinaison crée des filaments en enroulant le champ magnétique du vent autour des obstacles. De toute évidence, il y a beaucoup de travail d'observation et d'analyse à faire afin de vraiment comprendre ce qui se passe pour créer les deux ensembles de filaments.

Leurs origines expliquent probablement les orientations et les caractéristiques radicalement différentes de chaque population de filaments. Les filaments verticaux sont perpendiculaires au plan de la galaxie et s'étendent jusqu'à environ 150 années-lumière de longueur, tandis que les horizontaux sont parallèles au plan et ne mesurent qu'environ 5 à 10 années-lumière. Les horizontales pointent radialement vers le centre de la galaxie où se trouve Sgr A*. Les verticales sont magnétiques et relativistes (ce qui signifie que leurs particules se déplacent près de la vitesse de la lumière). Les filaments horizontaux semblent émettre un rayonnement thermique (chaud) et semblent accélérer le matériau réchauffé dans un nuage moléculaire. Il n'y a que quelques centaines de ces filaments horizontaux vus jusqu'à présent.

Les filaments verticaux apparaissent autour du noyau de la galaxie tandis que les horizontaux s'étalent d'un seul côté. Selon Yusef-Zadeh, les sorties radiales sont quelque peu déséquilibrées. Cela peut donner des indices sur la région du trou noir elle-même. "L'une des implications les plus importantes de l'écoulement radial que nous avons détecté est l'orientation du disque d'accrétion et l'écoulement entraîné par le jet du Sagittaire A * le long du plan galactique", a-t-il déclaré.

Alors que les filaments radiaux découverts par Yusef-Zadeh et son équipe sont une découverte plus récente, les filaments verticaux sont de vieux amis. Il en existe près d'un millier regroupés en paires et en grappes. Yusef-Zadeh dit qu'ils ont environ 6 millions d'années.

Il étudie des structures étranges dans le noyau galactique depuis des décennies. En 1984, il a travaillé avec les astronomes Mark Morris et Don Chance pour créer une carte radio Very Large Array du centre galactique dans la bande de longueur d'onde de 20 cm lorsqu'ils ont trouvé pour la première fois les structures verticales. Les émissions qu'ils ont détectées provenaient de gaz à émission non thermique (c'est-à-dire froids) disposés le long de structures magnétiques.

Plus tard, en 2019, Yusef-Zadeh a fait partie d'une équipe dirigée par l'astronome Ian Haywood (Université d'Oxford) qui a utilisé l'observatoire radio MeerKAT en Afrique du Sud pour découvrir deux gigantesques bulles émettrices de radio près de Sgr A*. Cette énorme explosion d'activité énergétique décrite précédemment a créé ces bulles il y a plusieurs millions d'années.

À l'époque, l'équipe a immédiatement soupçonné Sgr A* d'être à l'origine de la structure en forme de sablier. "Le centre de notre galaxie est relativement calme par rapport à d'autres galaxies avec des trous noirs centraux très actifs", a déclaré Heywood. "Même ainsi, le trou noir central de la Voie lactée peut, de temps en temps, devenir inhabituellement actif, s'enflammant alors qu'il dévore périodiquement d'énormes touffes de poussière et de gaz. Il est possible qu'une telle frénésie alimentaire ait déclenché de puissantes explosions qui ont gonflé cette caractéristique inédite ."

La découverte de bulles radio dans le noyau galactique il y a quelques années a mis en évidence les grandes capacités du radiotélescope MeerKAT. Il s'agit d'un réseau de 64 paraboles radio sensibles aux émissions dans le régime des micro-ondes, allant de longueurs d'onde comprises entre 3 et 30 centimètres. Yusef-Zadeh attribue à l'installation le mérite d'avoir aidé son équipe à localiser les filaments dans un contexte chargé d'autres émetteurs. Ils ont utilisé une technique pour supprimer l'arrière-plan et lisser le bruit des images MeerKAT afin d'isoler les filaments des structures environnantes.

"Les nouvelles observations de MeerKAT ont changé la donne", a-t-il déclaré. "L'avancement de la technologie et le temps d'observation dédié nous ont donné de nouvelles informations. C'est vraiment une prouesse technique de la part des radioastronomes."

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