Quand les titans de l'espace - les amas de galaxies - entrent en collision, des choses extraordinaires peuvent arriver. Une nouvelle étude utilisant l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA examine les répercussions après l'affrontement de deux amas de galaxies.

Les amas de galaxies sont les plus grandes structures de l'Univers maintenues ensemble par la gravité, contenant des centaines voire des milliers de galaxies individuelles immergées dans des océans géants de gaz surchauffé. Dans les amas de galaxies, la matière normale, comme les atomes qui composent les étoiles, planètes, et tout sur Terre—est principalement sous forme de gaz chaud et d'étoiles. La masse du gaz chaud entre les galaxies est bien supérieure à la masse des étoiles dans toutes les galaxies. Cette matière normale est liée dans l'amas par la gravité d'une masse encore plus grande de matière noire.

En raison des masses et des vitesses énormes impliquées, les collisions et les fusions entre amas de galaxies sont parmi les événements les plus énergétiques de l'Univers.

Dans une nouvelle étude de l'amas de galaxies Abell 1775, situé à environ 960 millions d'années-lumière de la Terre, une équipe d'astronomes dirigée par Andrea Botteon de l'Université de Leiden aux Pays-Bas a annoncé avoir trouvé un motif en forme de spirale dans les données de rayons X de Chandra. Ces résultats impliquent un passé mouvementé pour le cluster.

Lorsque deux amas de galaxies de tailles différentes ont une collision rasante, le plus petit groupe commencera à labourer le plus grand. (En raison de sa masse supérieure, le plus gros amas a le dessus quand il s'agit d'attraction gravitationnelle.) Au fur et à mesure que le plus petit amas se déplace, son gaz chaud est éliminé par frottement. Cela laisse un sillage, ou queue, qui traîne derrière le cluster. Après que le centre du plus petit amas passe par le centre du plus grand, le gaz dans la queue commence à rencontrer moins de résistance et dépasse le centre de son amas. Cela peut provoquer un "lance-pierre" de la queue lorsqu'elle vole sur le côté, courbant à mesure qu'il s'éloigne du centre de l'amas.

Les données les plus récentes de Chandra contiennent des preuves, y compris la luminosité des rayons X et les températures qu'ils représentent, pour l'une de ces queues de "fronde" incurvées. Des études antérieures d'Abell 1775 avec Chandra et d'autres télescopes ont laissé entendre, mais n'a pas confirmé, qu'il y avait une collision en cours dans ce système.

Une nouvelle image d'Abell 1775 contient des rayons X de Chandra (bleu), données optiques du télescope Pan-STARRS à Hawaï (bleu, jaune, et blanc), et les données radio du LOw Frequency ARray (LOFAR) aux Pays-Bas (rouge). La queue est étiquetée dans cette image avec une région de gaz avec un bord incurvé, appelé "front froid, " qui est plus dense et plus frais que le gaz dans lequel il s'enfonce. La queue et le front froid se courbent tous dans le même sens, créant une apparence en spirale. Une image étiquetée distincte montre le champ de vision des données Chandra.

Les astronomes ont précédemment découvert qu'Abell 1775 contient un énorme jet et une source radio, qui est également visible dans cette nouvelle image composite. Ce jet est alimenté par un trou noir supermassif dans une grande galaxie elliptique au centre de l'amas. De nouvelles données de LOFAR et du Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) en Inde révèlent que le jet radio mesure en réalité 2,6 millions d'années-lumière. C'est environ deux fois plus long que les astronomes le pensaient auparavant et en fait l'un des plus longs jamais observés dans un amas de galaxies. La structure du jet change brusquement lorsqu'il passe dans le gaz de densité inférieure dans la partie supérieure de l'image, au bord du front froid, ce qui implique que la collision l'a affecté.

Selon la nouvelle étude, les mouvements de gaz à l'intérieur de l'amas pourraient être responsables d'autres structures détectées en observant Abell 1775 dans les ondes radio, tels que deux filaments situés près de l'origine du jet (l'un d'eux est étiqueté). Les données LOFAR et Chandra ont également permis aux chercheurs d'étudier en détail les phénomènes qui contribuent à l'accélération des électrons à la fois dans le jet de cette galaxie et dans l'émission radio près du centre du plus grand amas.

Il existe une autre explication à l'apparition de l'amas. Lorsqu'un petit cluster se rapproche d'un plus grand, le gaz chaud dense du plus grand amas sera attiré par gravité. Après que le plus petit cluster passe le centre de l'autre cluster, le sens de déplacement du gaz en grappe s'inverse, et il revient vers le centre du cluster. Le gaz en grappe se déplace à nouveau à travers le centre et "se clapote" d'avant en arrière, semblable au clapotis du vin dans un verre qui a été secoué sur le côté. Le clapotis du gaz se termine en spirale car la collision entre les deux amas était décentrée.

L'équipe Botteon privilégie le scénario de la queue de fronde, mais un groupe distinct d'astronomes dirigé par Dan Hu de l'Université Jiao Tong de Shanghai en Chine est favorable à l'explication du ballottement basée sur les données de Chandra et du XMM-Newton de l'ESA. Les scénarios de fronde et de ballottement impliquent une collision entre deux amas de galaxies. Finalement, les deux clusters fusionneront complètement l'un avec l'autre pour former un seul, amas de galaxies plus grand.

D'autres observations et modélisations d'Abell 1775 sont nécessaires pour aider à décider entre ces deux scénarios.

Un article décrivant les résultats de l'équipe de Botteon a été publié dans la revue Astronomie et astrophysique et est disponible en ligne. Le travail séparé sur la théorie du "sloshing" dirigé par Dan Hu a été accepté pour publication dans The Journal d'astrophysique et est également disponible en ligne.