Un nouveau, approche plus accessible et beaucoup moins chère pour étudier la topologie et la force des champs magnétiques interstellaires - qui se faufilent dans l'espace dans notre galaxie et au-delà, représentant l'une des forces les plus puissantes de la nature - a été développé par des chercheurs de l'Université du Wisconsin-Madison.

Avec la gravité, les champs magnétiques jouent un rôle majeur dans de nombreux processus astrophysiques - de la formation des étoiles à l'agitation des nuages ​​massifs de poussière et de gaz qui imprègnent l'espace interstellaire - qui sous-tendent la structure et la composition des étoiles, planètes et galaxies. A l'échelle galactique, les champs magnétiques dominent l'accélération et la propagation des rayons cosmiques, et jouent un rôle important dans le transfert de chaleur et de rayonnement polarisé.

Quoi de plus, le rayonnement polarisé qui résulte des champs magnétiques galactiques dépasse de plusieurs ordres de grandeur celui du fond diffus cosmologique (CMB), le rayonnement relique des premiers instants de l'univers. La prochaine étape dans la compréhension de l'origine de l'univers, certains scientifiques croient, nécessite de mesurer le rayonnement polarisé du CMB. Surtout, démêler la topologie des champs magnétiques intermédiaires entre la Terre et le CMB sera une étape nécessaire pour obtenir ces données de manière fiable.

Mais malgré leur importance et leur influence omniprésente, les champs magnétiques interstellaires représentent l'une des dernières frontières de l'astrophysique. On sait peu d'eux, en grande partie, car ils sont extrêmement difficiles à étudier.

"Il existe des moyens très limités d'étudier les champs magnétiques dans l'espace, " explique Alexandre Lazarian, un professeur d'astronomie UW-Madison et une autorité sur le milieu interstellaire, les espaces apparemment vides entre les étoiles qui sont, En réalité, riche en matière et trait tordu, champs magnétiques pliés et enchevêtrés composés de plasmas entièrement ou partiellement ionisés entraînés sur des champs magnétiques. "Notre compréhension de tous ces processus (astrophysiques) souffre de notre mauvaise connaissance des champs magnétiques."

Maintenant, une grande partie de cette connaissance peut être plus facilement à portée de main. J'écris cette semaine (10 juin, 2019) dans la revue Astronomie de la nature , une équipe internationale dirigée par l'astrophysicien du Wisconsin démontre une nouvelle méthodologie capable de tracer les orientations des champs magnétiques dans le tourbillon de l'espace interstellaire.

La preuve de concept rapportée dans Astronomie de la nature s'appuie sur une série d'études théoriques et numériques publiées au cours des deux dernières années par Lazarian et ses étudiants, et qui présentent une approche radicalement nouvelle pour cartographier l'enchevêtrement des champs magnétiques dans l'espace.

Jusqu'à maintenant, une grande partie de la cartographie détaillée des champs magnétiques dans des environnements diffus tels que les nuages ​​de poussière et de gaz dans l'espace impliquait la polarimétrie infrarouge avec des instruments déployés soit sur des satellites, soit sur des ballons volant haut dans la stratosphère.

La nouvelle méthode, connue sous le nom de Velocity Gradient Technique et officieusement sous le nom de "technique du Wisconsin, " utilise des données d'observation précédemment collectées à partir d'une variété de télescopes au sol, transcendant la nécessité de mettre des instruments dans l'espace, une ressource coûteuse et limitée pour les astronomes. S'appuyant sur des études de turbulence dans les champs magnétiques dans les fluides conducteurs, Lazarian et ses étudiants ont conçu la nouvelle approche statistique pour mesurer la topologie des champs magnétiques à l'aide d'observations spectroscopiques de routine prises depuis le sol.

Pour la plupart, la lumière infrarouge est absorbée par l'atmosphère terrestre, c'est pourquoi les mesures classiques du champ magnétique nécessitent des télescopes positionnés sur de longue durée, vols en montgolfière à haute altitude, ou au-dessus sur les satellites. Dans les années récentes, de nombreuses nouvelles mesures de champs magnétiques interstellaires, par exemple, ont été recueillies à l'aide du satellite Planck, un observatoire spatial européen doté de capacités infrarouges et opérationnel de 2009 à 2013.

En appliquant la nouvelle technique du Wisconsin à un certain nombre de nuages ​​moléculaires interstellaires dont les champs magnétiques avaient été précédemment mesurés par le satellite Planck, Lazarian et ses étudiants ont pu générer des cartes à haute résolution à l'aide d'observations au sol existantes.

"La technique fournit des cartes de champ magnétique de résolution comparable aux cartes obtenues avec la mission Planck, " dit Lazarian, "et il utilise des observations spectroscopiques collectées par des chercheurs à d'autres fins. Étant donné que la technique utilise des données provenant de télescopes et d'interféromètres au sol, la résolution des cartes de champ magnétique peut être considérablement améliorée."

En plus de déterminer la direction des champs magnétiques interstellaires, la nouvelle méthodologie peut déterminer la force du champ à une échelle fine, jusqu'à chaque pixel sur une carte. "Cela démontre que la technique du Wisconsin peut révolutionner les études des effets magnétiques sur la formation des étoiles en utilisant les télescopes au sol existants sans attendre de nouvelles missions de polarisation spatiales avec une résolution plus élevée dans un avenir lointain, " dit Lazarian.

La nouvelle technique, Lazarian ajoute, ouvre également une fenêtre unique sur le développement de cartes de champs magnétiques en trois dimensions, travail qui a déjà été démontré dans un article correspondant publié dans le Journal d'astrophysique par Lazarian et son élève, Diego Gonzalez Casanova.

Pour contraster les capacités de la nouvelle technique avec la polarimétrie traditionnelle, Lazarian et son groupe, y compris l'étudiant diplômé en physique UW-Madison Yue Hu et l'étudiant diplômé en astronomie Ka Ho Yuen, auteurs clés de la nouvelle Astronomie de la nature rapport, déployé leur nouvelle méthodologie pour produire la première carte du champ magnétique du Smith Cloud, un mystérieux nuage d'hydrogène atomique qui semble s'écraser sur le disque de la Voie lactée. Les efforts précédents pour cartographier le champ magnétique du nuage ont été contrecarrés par sa faible émission infrarouge, obscurcissant la poussière et l'hydrogène atomique galactique le long de la même ligne de visée.