Image en fausses couleurs de l'une des simulations de supernova montrant des plaques de gaz chaudes et froides (blanc/vert) dans la bulle et la structure filamenteuse des rayons cosmiques (bleu) autour de la coquille du reste de la supernova. Crédit :F. Rodríguez Montero.
L'étape finale des explosions cataclysmiques d'étoiles massives mourantes, appelé supernovae, pourrait avoir un impact jusqu'à six fois plus important sur le gaz interstellaire environnant à l'aide de rayons cosmiques, selon une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'Université d'Oxford. Le travail sera présenté par Ph.D. L'étudiant Francisco Rodríguez Montero aujourd'hui (19 juillet) lors de la réunion virtuelle nationale d'astronomie (NAM 2021).
Quand les supernovae explosent, ils émettent de la lumière et des milliards de particules dans l'espace. Alors que la lumière peut nous atteindre librement, les particules sont piégées dans des boucles en spirale par les ondes de choc magnétiques générées lors des explosions. Traversant d'avant en arrière à travers des fronts de choc, ces particules sont accélérées presque à la vitesse de la lumière et, en échappant aux supernovae, sont considérés comme la source de la mystérieuse forme de rayonnement connue sous le nom de rayons cosmiques.
En raison de leur immense vitesse, les rayons cosmiques subissent de forts effets relativistes, perdant effectivement moins d'énergie que la matière ordinaire et leur permettant de parcourir de grandes distances à travers une galaxie. Le long du chemin, ils affectent l'énergie et la structure du gaz interstellaire sur leur chemin et peuvent jouer un rôle crucial dans l'arrêt de la formation de nouvelles étoiles dans des poches de gaz denses. Cependant, à ce jour, l'influence des rayons cosmiques dans l'évolution des galaxies n'a pas été bien comprise.
Dans la première étude numérique à haute résolution de ce genre, l'équipe a effectué des simulations de l'évolution des ondes de choc émanant des explosions de supernovae sur plusieurs millions d'années. Ils ont découvert que les rayons cosmiques peuvent jouer un rôle essentiel dans les étapes finales de l'évolution d'une supernova et sa capacité à injecter de l'énergie dans le gaz galactique qui l'entoure.
Le rouge, les couleurs vertes et bleues montrent faible, rayons X intermédiaires et à haute énergie observés avec l'observatoire de rayons X Chandra de la NASA, et le champ d'étoiles provient du Digitized Sky Survey. Crédit :NASA / CXC / NCSU / JPL-Caltech / M. Burkey et al.
Rodríguez Montero explique qu'« au départ, l'ajout de rayons cosmiques ne semble pas changer l'évolution de l'explosion. Néanmoins, lorsque la supernova atteint le stade où elle ne peut pas gagner plus d'élan de la conversion de l'énergie thermique de la supernova en énergie cinétique, nous avons découvert que les rayons cosmiques peuvent donner une poussée supplémentaire au gaz, permettant à l'élan final donné d'être jusqu'à 4 à 6 fois plus élevé que prévu."
Les résultats suggèrent que les sorties de gaz entraînées du milieu interstellaire dans le gaz ténu environnant, ou milieu circumgalactique, sera considérablement plus massive qu'on ne l'avait estimé précédemment.
Contrairement aux arguments théoriques de l'état de l'art, les simulations suggèrent également que la poussée supplémentaire fournie par les rayons cosmiques est plus importante lorsque des étoiles massives explosent dans des environnements à faible densité. Cela pourrait faciliter la création de super-bulles alimentées par des générations successives de supernovae, balayant le gaz du milieu interstellaire et l'évacuant des disques galactiques.
Rodríguez Montero ajoute que leurs "résultats sont un premier aperçu des nouvelles informations extraordinaires que les rayons cosmiques fourniront à notre compréhension de la nature complexe de la formation des galaxies".
