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    eROSITA découvre des bulles à grande échelle dans le halo de la Voie lactée

    La carte du ciel SRG/eROSITA sous forme d'image en fausses couleurs (rouge pour les énergies 0,3-0,6 keV, vert pour 0,6-1,0 keV, bleu pour 1,0-2,3 keV). L'image originale, avec une résolution d'environ 12", a été lissée afin de générer l'image ci-dessus. Crédit :Université de Tübingen

    Les gigantesques structures de gaz chauds au-dessus et au-dessous du disque galactique sont probablement dues aux ondes de choc générées par l'activité énergétique passée au centre de notre galaxie.

    La première étude du ciel réalisée par le télescope à rayons X eROSITA à bord de l'observatoire Spektrum-Roentgen-Gamma (SRG) a révélé une grande structure en forme de sablier dans la Voie lactée. Ces "bulles eROSITA" présentent une similitude frappante avec les bulles de Fermi, détecté il y a une décennie à des énergies encore plus élevées. L'explication la plus probable de ces caractéristiques est une injection d'énergie massive du centre galactique dans le passé, conduisant à des chocs dans l'enveloppe de gaz chaud de notre galaxie.

    Les astronomes ont détecté une nouvelle caractéristique remarquable dans la première carte de relevé de tout le ciel produite par le télescope à rayons X eROSITA sur SRG :une énorme structure circulaire de gaz chaud sous le plan de la Voie lactée occupant la majeure partie du ciel austral. Une structure similaire dans le ciel du Nord, l'éperon polaire nord, " est connue depuis longtemps et aurait été la trace d'une ancienne explosion de supernova. Ensemble, les structures nord et sud rappellent plutôt un seul ensemble de bulles en forme de sablier émergeant du centre galactique.

    « Grâce à sa sensibilité, résolution spectrale et angulaire, eROSITA a pu cartographier l'ensemble du ciel aux rayons X à une profondeur sans précédent, révélant sans ambiguïté la bulle sud, " explique Michael Freyberg, un scientifique senior travaillant sur eROSITA à l'Institut Max Planck de physique extraterrestre (MPE). eROSITA scanne l'ensemble du ciel tous les six mois et les données permettent aux scientifiques de rechercher des structures qui couvrent une partie importante de l'ensemble du ciel.

    Les bulles eROSITA. Dans cette carte en fausses couleurs, l'émission étendue à des énergies de 0,6 à 1,0 keV est mise en évidence. La contribution des sources ponctuelles a été supprimée et la mise à l'échelle ajustée pour améliorer les structures à grande échelle dans notre galaxie. Crédit :Université de Tübingen

    Des limites nettes

    L'émission de rayons X à grande échelle observée par eROSITA dans sa bande d'énergie moyenne (0,6-1,0 keV) montre que la taille intrinsèque des bulles est de plusieurs kiloparsecs (ou jusqu'à 50, 000 années-lumière) de diamètre, presque aussi grand que l'ensemble de la Voie lactée. Ces «bulles eROSITA» présentent des similitudes morphologiques frappantes avec les fameuses «bulles de Fermi» détectées dans les rayons gamma par le télescope Fermi, mais sont plus gros et plus énergiques.

    "Les limites nettes de ces bulles tracent très probablement des chocs causés par l'injection massive d'énergie de la partie interne de notre galaxie dans le halo galactique, " précise Peter Predehl, premier auteur de l'étude maintenant publiée dans Nature. "Une telle explication a déjà été suggérée pour les bulles de Fermi, et maintenant avec eROSITA, toute leur étendue et leur morphologie sont devenues évidentes."

    Cette découverte aidera les astronomes à comprendre le cycle cosmique de la matière dans et autour de la Voie lactée, et d'autres galaxies. La plupart de la matière ordinaire (baryonique) de l'Univers est invisible à nos yeux, avec toutes les étoiles et galaxies que nous observons avec des télescopes optiques représentant moins de 10 % de sa masse totale. De vastes quantités de matière baryonique non observée devraient résider dans des halos ténus enroulés comme des cocons autour des galaxies et des filaments entre elles dans la toile cosmique. Ces auréoles sont chaudes, avec une température de millions de degrés, et donc uniquement visible avec des télescopes sensibles aux rayonnements de haute énergie.

    Vue schématique des bulles eROSITA (jaune) et Fermi (violet). Le disque galactique est indiqué avec ses bras spiraux et l'emplacement du système solaire est marqué. Les bulles eROSITA sont considérablement plus grosses que les bulles Fermi, indiquant que ces structures sont comparables en taille à l'ensemble de la galaxie. Crédit :Université de Tübingen

    Énorme libération d'énergie

    Les bulles maintenant vues avec eROSITA tracent des perturbations dans cette enveloppe de gaz chaud autour de notre Voie Lactée, causé soit par une explosion de formation d'étoiles, soit par une explosion du trou noir supermassif au centre galactique. En sommeil maintenant, le trou noir pourrait bien avoir été actif dans le passé, le reliant aux noyaux galactiques actifs (AGN) avec des trous noirs à croissance rapide observés dans des galaxies lointaines. Dans tous les cas, l'énergie nécessaire pour alimenter la formation de ces énormes bulles devait être énorme à 10^56 ergs, équivalent à la libération d'énergie de 100, 000 supernovae, et similaire aux estimations des explosions d'AGN.

    « Les cicatrices laissées par de telles explosions mettent très longtemps à cicatriser dans ces auréoles, " ajoute Andrea Merloni, Chercheur principal d'eROSITA. "Les scientifiques ont recherché les empreintes digitales gigantesques d'une activité violente passée autour de nombreuses galaxies dans le passé." Les bulles eROSITA fournissent désormais un support solide pour les interactions à grande échelle entre le noyau de la galaxie et le halo qui l'entoure, suffisamment énergétiques pour perturber la structure, contenu énergétique et enrichissement chimique du milieu circumgalactique de la Voie lactée.

    "eROSITA termine actuellement le deuxième scan de l'ensemble du ciel, doubler le nombre de photons X issus des bulles découvertes, " souligne Rachid Sunyaev, Scientifique principal de l'Observatoire SRG en Russie. « Nous avons un énorme travail devant nous, car les données eROSITA permettent de distinguer de nombreuses raies spectrales de rayons X émises par des gaz fortement ionisés. Cela signifie que la porte est ouverte pour étudier l'abondance des éléments chimiques, le degré de leur ionisation, la densité et la température du gaz émetteur dans les bulles, et d'identifier les emplacements des ondes de choc et d'estimer les échelles de temps caractéristiques."

    Illustration des bulles eRosita et Fermi (respectivement bleu/vert et orange) de leur apparence, si notre vision s'étendait au-delà de la lumière visible – et si Tübingen était située plus près de l'équateur. En fait, seule la partie nord des bulles eRosita est au-dessus de Tübingen. Crédit :Université de Tübingen

    L'Institut d'astronomie et d'astrophysique (IAAT) de l'Université de Tübingen est l'une des principales institutions du consortium allemand eRosita; il a été impliqué dans le développement des sept caméras du télescope et d'autres activités de pré-lancement, y compris l'évaluation du fond en orbite et des simulations de l'observatoire en action. Depuis le début de l'enquête, des scientifiques de Tübingen ont travaillé sur l'analyse des données au fur et à mesure qu'elles arrivent, en se concentrant sur des objets galactiques tels que les étoiles à neutrons en accrétion, trous noirs, restes de supernova, et, bien sûr, les bulles eRosita nouvellement découvertes.

    "Nous commençons tout juste à étudier cette gigantesque structure en détail et de plus en plus de lumière transportant des informations supplémentaires arrive chaque jour au fur et à mesure que l'enquête progresse. Bientôt, nous serons en mesure de sonder les conditions physiques dans diverses parties des bulles. C'est quelque chose seulement eRosita peut faire, et quelque chose qui, espérons-le, nous permettra de mieux comprendre le présent et le passé de notre propre galaxie et des autres galaxies où diverses formes de l'activité du noyau de la galaxie sont observées, " dit Victor Dorochenko, scientifique senior à l'IAAT. "Ce qui m'étonne le plus dans cette structure, c'est à quel point elle est vaste, et qu'il est resté inaperçu pendant la majeure partie de notre histoire. C'est parce que seule une vue aux rayons X dans tout le ciel pourrait révéler une si grande structure, et c'est vraiment difficile et implique d'énormes défis techniques qui n'ont pu être surmontés que récemment. Même maintenant, des projets de cette envergure nécessitent un effort conjoint de la part de nombreuses institutions et nations, et je suis heureux que l'IAAT puisse rester compétitif ici, " ajoute Dorochenko.

    Le télescope à rayons X eROSITA a été lancé dans l'espace à bord de la mission Spektr-RG le 13 juillet 2019. Sa grande zone de collecte et son large champ de vision sont conçus pour une étude profonde de tout le ciel en rayons X. En six mois (décembre 2019—juin 2020) SRG/eROSITA a réalisé le premier relevé de l'ensemble du ciel aux énergies 0,2-8 keV, significativement plus profond que le seul relevé existant dans le ciel avec un télescope d'imagerie à rayons X, réalisée par ROSAT en 1990 à des énergies de 0,1 à 2,4 keV.

    Une analyse préliminaire de la carte du ciel du premier relevé eROSITA tout ciel indique que plus d'un million de sources ponctuelles de rayons X et environ 20 000 sources étendues sont détectées. Ceci est comparable à, et peut même dépasser, le nombre total de sources de rayons X connues avant eROSITA. Environ 80% des sources ponctuelles sont des noyaux galactiques actifs distants (AGN), mais il y a aussi environ 20% d'étoiles coronairement actives dans la Voie lactée, dont environ 150 étoiles hébergeant des planètes.


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