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Aucun rayon gamma d’une galaxie naine ne résout un mystère astronomique

Une bulle incandescente connue sous le nom de « cocon », qui semble être à l’intérieur de l’une des émissions massives de rayons gamma du centre de notre galaxie surnommée « bulles de Fermi », a déconcerté les astronomes depuis sa découverte en 2012.

Une bulle incandescente connue sous le nom de « cocon », qui semble être à l’intérieur de l’une des émissions massives de rayons gamma du centre de notre galaxie surnommée « bulles de Fermi », a déconcerté les astronomes depuis sa découverte en 2012.

Dans une nouvelle étude publiée dans astronomie naturelle, nous montrons que le cocon est causé par des rayons gamma émis par des étoiles extrêmes à rotation rapide appelées « pulsars millisecondes » trouvées dans la galaxie naine du Sagittaire, qui orbite autour de la Voie lactée. Bien que nos résultats clarifient le mystère du cocon, ils éclipsent les tentatives de recherche de matière noire dans toute lueur gamma qu’elle pourrait émettre.

vision avec rayons gamma

Heureusement pour la vie sur Terre, notre atmosphère bloque les rayons gamma. Ce sont des particules de lumière avec des énergies un million de fois supérieures aux photons que nous détectons avec nos yeux.

Parce que notre vue au niveau du sol est obscurcie, les scientifiques n’avaient aucune idée de la richesse du ciel en rayons gamma jusqu’à ce que les instruments soient levés dans l’espace. Mais, à commencer par les découvertes surprenantes des satellites Vela (qui sont entrés en orbite dans les années 1960 pour surveiller l’interdiction des essais nucléaires), de plus en plus de cette richesse a été révélée.

L’instrument à rayons gamma le plus moderne en service aujourd’hui est le télescope spatial Fermi-ray Gamma, une mission majeure de la NASA qui est en orbite depuis plus d’une décennie. La capacité de Fermi à résoudre des détails fins et à découvrir des sources faibles a révélé un certain nombre de surprises sur notre Voie lactée et l’univers au sens large.

Bulles mystérieuses

Une de ces surprises est apparue en 2010, peu de temps après le lancement de Fermi : quelque chose au centre de la Voie lactée a fait exploser ce qui ressemblait à une paire de bulles géantes émettant des rayons gamma. Des « bulles de Fermi » totalement inattendues recouvrent 10% du ciel.

Le principal suspect dans la source des bulles est le trou noir supermassif résident de la galaxie. Ce géant, quatre millions de fois plus massif que le Soleil, se cache dans le noyau galactique, la région d’où jaillissent les bulles.

La plupart des galaxies hébergent de tels trous noirs géants en leur centre. Parfois, ces trous noirs aspirent activement de la matière. Et ainsi ils sont nourris, crachant simultanément un « jet » géant s’écoulant vers l’extérieur visible à travers le spectre électromagnétique.

Les chercheurs ont donc posé une question après avoir découvert les bulles : peut-on trouver un hexagone de fumée qui les relie au trou noir supermassif de notre galaxie ? Bientôt, des preuves provisoires ont émergé : à l’intérieur de chaque bulle, il y avait un soupçon d’un mince jet de rayons gamma pointant vers le centre galactique.

Mais avec le temps et plus de données, cette image est devenue confuse. Alors que la caractéristique en forme de jet a été confirmée dans l’une des bulles, le jet apparent dans l’autre a semblé s’évaporer sous examen.

Les bulles semblaient étrangement déséquilibrées : l’une contenait une tache lumineuse allongée – le « cocon » – sans contrepartie dans l’autre.

Cocoon et d’où vient-il ?

Notre dernier travail en astronomie naturelle C’est un examen approfondi de la nature du « cocon ». Remarquablement, nous avons découvert que cette structure n’avait rien à voir avec les bulles de Fermi ou, en fait, avec le trou noir supermassif de la galaxie.

Au lieu de cela, nous avons découvert que le cocon est en fait quelque chose d’entièrement différent : les rayons gamma de la galaxie naine du Sagittaire, qui se trouve justement derrière la bulle sud vue de l’emplacement de la Terre.

La naine du Sagittaire est ainsi nommée parce que sa position dans le ciel se situe dans la constellation du Sagittaire, qui est une galaxie « satellite » en orbite autour de la Voie lactée. C’est un vestige d’une galaxie tellement plus grande que le puissant champ gravitationnel de la Voie lactée a littéralement été déchiré. En fait, les étoiles tirées d’un nain Sagittaire peuvent être trouvées dans des « queues » qui s’enroulent autour du ciel entier.

Qu’est-ce qui fait les rayons gamma?

Dans la Voie lactée, la principale source de rayons gamma est lorsque des particules de haute énergie, appelées rayons cosmiques, entrent en collision avec le gaz interstellaire très faible.

Cependant, ce processus ne peut pas expliquer les rayons gamma émis par le nain Sagittaire. Elle a depuis longtemps perdu son gaz à cause des mêmes ennuis entraînants qui ont attiré tant de ses stars.

Alors d’où viennent les rayons gamma ?

Nous avons examiné plusieurs possibilités, y compris la possibilité intrigante qu’il s’agisse d’un signe de matière noire, la matière invisible connue uniquement par les influences gravitationnelles qui, selon les astronomes, constituent une grande partie de l’univers. Malheureusement, la forme du cocon correspond étroitement à la distribution des étoiles visibles, excluant la matière noire comme origine.

D’une manière ou d’une autre, les étoiles étaient responsables des rayons gamma. Cependant, les étoiles naines du Sagittaire sont vieilles et calmes. Quel type de source produit des rayons gamma parmi cette population ? Pulsars millisecondes Nous sommes convaincus qu’il n’y a qu’une seule possibilité : des objets en rotation rapide appelés « pulsars millisecondes ». Ce sont les restes de certaines étoiles, beaucoup plus grandes que le Soleil, qui orbitent également étroitement autour d’une autre étoile.

Dans des conditions idéales, de tels systèmes binaires produisent une étoile à neutrons – un objet aussi lourd que le Soleil mais d’environ 20 km de large seulement – qui tourne des centaines de fois par seconde.

En raison de leur rotation rapide et de leur champ magnétique puissant, ces étoiles à neutrons agissent comme des accélérateurs naturels de particules : elles projettent des particules extrêmement énergétiques dans l’espace.

Ces particules émettent alors des rayons gamma. Nous avons découvert que les pulsars millisecondes du nain Sagittaire étaient la source ultime du cocon mystérieux.

A la recherche de matière noire

Nos découvertes ont jeté un nouvel éclairage – jeu de mots – sur les pulsars millisecondes en tant que sources de rayons gamma dans d’autres systèmes stellaires anciens.

Dans le même temps, ils jettent une ombre sur les efforts visant à trouver des preuves de la matière noire grâce aux observations d’autres galaxies satellites de la Voie lactée. Malheureusement, il existe un « fond » de rayons gamma de pulsars millisecondes dans ces systèmes qui est plus fort qu’on ne le pensait auparavant.

Ainsi, tout signal qu’ils émettent ne peut être interprété sans ambiguïté comme étant causé par la matière noire.

La recherche de signaux de matière noire se poursuit.

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Delphine Perrault

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