Nous connaissons tous les bulles des bains savonneux ou des sodas. Ces bulles d'expérience quotidienne sur Terre mesurent jusqu'à quelques centimètres de diamètre, et se composent d'un film mince de liquide renfermant un petit volume d'air ou d'un autre gaz. Dans l'espace, cependant, il y a des bulles très différentes - composées d'un gaz plus léger à l'intérieur d'un gaz plus lourd - et elles peuvent être énormes.

La galaxie NGC 3079, situé à environ 67 millions d'années-lumière de la Terre, contient deux "superbulles" qui ne ressemblent à rien ici sur notre planète. Une paire de régions en forme de ballon s'étendent de part et d'autre du centre de la galaxie :une est 4, 900 années-lumière de diamètre et l'autre n'est que légèrement plus petite, d'un diamètre d'environ 3, 600 années-lumière. Pour le contexte, une année-lumière équivaut à environ 6 000 milliards de milles, ou 9 000 milliards de kilomètres.

Les superbulles de NGC 3079 émettent de la lumière sous forme de rayons X, émission optique et radio, les rendant détectables par les télescopes de la NASA. Dans cette image composite, Les données de rayons X de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA sont affichées en violet et les données optiques du télescope spatial Hubble de la NASA sont affichées en orange et bleu. Une version étiquetée de l'image radiographique montre que la superbulle supérieure est clairement visible, avec des notes d'émission plus faible de la superbulle inférieure.

De nouvelles observations de Chandra montrent que dans NGC 3079, un accélérateur de particules cosmiques produit des particules ultra-énergétiques dans les bords des superbulles. Ces particules peuvent être beaucoup plus énergétiques que celles créées par le Large Hadron Collider (LHC) d'Europe, l'accélérateur de particules artificiel le plus puissant au monde.

Les superbulles de NGC 3079 fournissent la preuve qu'elles et des structures similaires peuvent être la source de particules de haute énergie appelées "rayons cosmiques" qui bombardent régulièrement la Terre. Les ondes de choc (semblables aux bangs soniques provoqués par les avions supersoniques) associées à l'explosion d'étoiles peuvent accélérer des particules jusqu'à des énergies environ 100 fois supérieures à celles générées dans le LHC, mais les astronomes ne savent pas avec certitude d'où viennent des rayons cosmiques encore plus énergétiques. Ce nouveau résultat suggère que les superbulles pourraient être l'une des sources de ces rayons cosmiques ultra-énergétiques.

Les régions externes des bulles génèrent des ondes de choc lorsqu'elles se dilatent et entrent en collision avec le gaz environnant. Les scientifiques pensent que les particules chargées se dispersent ou rebondissent sur des champs magnétiques enchevêtrés dans ces ondes de choc, un peu comme des balles rebondissant sur les pare-chocs dans un flipper. Lorsque les particules traversent le front de choc, elles sont accélérées, comme s'ils recevaient un coup de pied du flipper d'un flipper. Ces particules énergétiques peuvent s'échapper et certaines peuvent éventuellement frapper l'atmosphère terrestre sous forme de rayons cosmiques.

La quantité d'ondes radio ou de rayons X à différentes longueurs d'onde, ou "spectres, " de l'une des bulles suggèrent que la source de l'émission sont des électrons en spirale autour des lignes de champ magnétique, et rayonnant par un processus appelé rayonnement synchrotron. C'est la première preuve directe du rayonnement synchrotron dans les rayons X de haute énergie d'une superbulle de la taille d'une galaxie, et il informe les scientifiques sur les énergies maximales que les électrons ont atteintes. On ne comprend pas pourquoi l'émission synchrotron est détectée à partir d'une seule des bulles.

Les spectres radio et rayons X, ainsi que l'emplacement de l'émission de rayons X le long des bords des bulles, impliquent que les particules responsables de l'émission de rayons X doivent y avoir été accélérées dans les ondes de choc, car ils auraient perdu trop d'énergie en étant transportés depuis le centre de la galaxie.

Les superbulles de NGC 3079 sont des cousines plus jeunes des "bulles de Fermi, " localisé pour la première fois dans la galaxie de la Voie Lactée en 2010. Les astronomes pensent que de telles superbulles peuvent se former lorsque des processus associés à la matière tombant dans un trou noir supermassif au centre de la galaxie, ce qui conduit à la libération d'énormes quantités d'énergie sous forme de particules et de champs magnétiques. Les superbulles peuvent aussi être sculptées par les vents venant d'un grand nombre de jeunes, étoiles massives.

Un article décrivant ces résultats a été dirigé par Jiangtao Li de l'Université du Michigan et apparaît dans The Journal d'astrophysique . C'est aussi disponible en ligne. Le Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, Alabama, gère le programme Chandra pour la Direction des missions scientifiques de la NASA à Washington. L'observatoire d'astrophysique Smithsonian à Cambridge, Massachusetts, contrôle les opérations scientifiques et aériennes de Chandra.