Cachés dans une lointaine collision d'amas de galaxies se trouvent des volutes de gaz ressemblant au vaisseau spatial Enterprise, un vaisseau spatial emblématique de la franchise "Star Trek".

Les amas de galaxies - des structures cosmiques contenant des centaines voire des milliers de galaxies - sont les plus gros objets de l'Univers maintenus ensemble par la gravité. Un gaz à plusieurs millions de degrés remplit l'espace entre les galaxies individuelles. La masse du gaz chaud est environ six fois supérieure à celle de toutes les galaxies réunies. Ce gaz surchauffé est invisible aux télescopes optiques, mais brille de mille feux aux rayons X, un télescope à rayons X comme l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA est donc nécessaire pour l'étudier.

En combinant les rayons X avec d'autres types de lumière, comme les ondes radio, une image plus complète de ces objets cosmiques importants peut être obtenue. Une nouvelle image composite de l'amas de galaxies Abell 1033, y compris les rayons X de Chandra (violet) et l'émission radio du réseau Low-Frequency Array (LOFAR) aux Pays-Bas (bleu), fait juste cela. L'émission optique du Sloan Digital Sky Survey est également affichée. L'amas de galaxies est situé à environ 1,6 milliard d'années-lumière de la Terre.

À l'aide de données radiographiques et radio, les scientifiques ont déterminé qu'Abell 1033 est en fait deux amas de galaxies en train de se heurter. Cet événement extraordinairement énergique, se passe de haut en bas dans l'image, a produit des turbulences et des ondes de choc, semblable aux bangs soniques produits par un avion se déplaçant plus vite que la vitesse du son.

A Abell 1033, la collision a interagi avec un autre processus cosmique énergétique - la production de jets de particules à grande vitesse par la matière en spirale dans un trou noir supermassif, dans ce cas celui situé dans une galaxie dans l'un des amas. Ces jets sont révélés par émission radio sur les côtés gauche et droit de l'image. L'émission radio est produite par des électrons en spirale autour des lignes de champ magnétique, un processus appelé émission synchrotron.

Les électrons des jets se déplacent à une vitesse très proche de la vitesse de la lumière. Alors que la galaxie et son trou noir se déplaçaient vers la partie inférieure de l'image, le jet sur la droite a ralenti lorsqu'il s'est écrasé sur des gaz chauds dans l'autre amas de galaxies. Le jet de gauche n'a pas ralenti car il a rencontré beaucoup moins de gaz chauds, donnant un aspect déformé aux jets, plutôt que la ligne droite qui est généralement vue.

Cette image d'Abell 1033 fournit également un exemple de "paréidolie", un phénomène psychologique où des formes et des modèles familiers sont vus dans des données autrement aléatoires. A Abell 1033, les structures dans les données créent une ressemblance étrange avec de nombreuses représentations de la fiction Starship Enterprise de Star Trek.

En matière de recherche astrophysique, une étude détaillée de l'image montre que l'énergie des électrons dans la "section soucoupe" et le col de l'émission radio en forme de vaisseau spatial dans Abell 1033 est plus élevée que celle trouvée dans la section stardrive vers le bas à gauche (voir étiquettes). Cela suggère que les électrons ont été réactivés, probablement lorsque les jets interagissent avec des turbulences ou des ondes de choc dans le gaz chaud. Les électrons énergétiques produisant l'émission radio perdront normalement des quantités substantielles d'énergie sur des dizaines à des centaines de millions d'années à mesure qu'ils rayonnent. L'émission radio deviendrait alors indétectable. Cependant, l'émission radio très étendue observée dans Abell 1033, s'étendant sur environ 500, 000 années-lumière, implique que les électrons énergétiques sont présents en plus grande quantité et avec des énergies plus élevées qu'on ne le pensait auparavant. Une idée est que les électrons ont reçu un regain d'énergie supplémentaire par des épisodes supplémentaires de chocs et de turbulences.

D'autres sources d'émission radio dans l'image en plus de l'objet en forme de vaisseau spatial sont les jets plus courts d'une autre galaxie (appelés "jets courts") et un "radio phénix" constitué d'un nuage d'électrons qui s'est évanoui lors de l'émission radio mais a ensuite été réactivé lorsque les ondes de choc ont compressé le nuage. Cela a fait briller à nouveau le nuage aux fréquences radio, comme nous l'avons signalé en 2015.

L'équipe qui a réalisé cette étude utilisera des observations avec Chandra et LOFAR pour rechercher d'autres exemples d'amas de galaxies en collision avec une émission radio déformée, pour approfondir leur compréhension de ces objets énergétiques.

Un article décrivant ce résultat a été publié le 4 octobre Numéro 2017 de Avancées scientifiques .