Une nouvelle étude montre un lien profond entre certains des événements les plus importants et les plus énergétiques de l'univers et des événements beaucoup plus petits et plus faibles alimentés par notre propre Soleil.

Les résultats proviennent d'une longue observation avec l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA d'Abell 2146, une paire d'amas de galaxies en collision situés à environ 2,8 milliards d'années-lumière de la Terre. La nouvelle étude a été dirigée par Helen Russell de l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Nottingham.

Les amas de galaxies contiennent des centaines de galaxies et d'énormes quantités de gaz chaud et de matière noire et font partie des plus grandes structures de l'univers. Les collisions entre amas de galaxies libèrent d'énormes quantités d'énergie sans précédent depuis le big bang et fournissent aux scientifiques des laboratoires de physique qui ne sont pas disponibles ici sur Terre.

Dans l'image composite ci-dessus d'Abell 2146, les données de rayons X de Chandra (violet) montrent des gaz chauds et les données optiques du télescope Subaru montrent des galaxies (rouge et blanc). Un groupe (étiqueté #2) se déplace vers le bas à gauche dans la direction indiquée et traverse l'autre groupe (#1). Le gaz chaud dans le premier produit une onde de choc, comme un bang sonique généré par un jet supersonique, alors qu'il entre en collision avec le gaz chaud dans l'autre cluster.

L'onde de choc mesure environ 1,6 million d'années-lumière et est plus facilement visible dans une version de l'image radiographique qui a été traitée pour accentuer les caractéristiques nettes. Sont également étiquetés le noyau central de gaz chaud dans le groupe n ° 2 et la queue de gaz qu'il a laissée derrière lui. Une deuxième onde de choc de taille similaire est visible derrière la collision. Appelées "choc en amont", des caractéristiques comme celle-ci résultent de l'interaction complexe du gaz extrait de l'amas entrant et du gaz de l'amas environnant. La galaxie la plus brillante et la plus massive de chaque amas est également étiquetée.

Les ondes de choc comme celles générées par un jet supersonique sont des chocs collisionnels, impliquant des collisions directes entre particules. Dans l'atmosphère terrestre près du niveau de la mer, les particules de gaz ne parcourent généralement qu'environ 4 millionièmes de pouce avant d'entrer en collision avec une autre particule.

Inversement, dans les amas de galaxies et dans le vent solaire - des flux de particules emportées par le Soleil - les collisions directes entre particules se produisent trop rarement pour produire des ondes de choc car le gaz est si diffus, avec une densité incroyablement faible. Par exemple, dans les amas de galaxies, les particules doivent généralement parcourir environ 30 000 à 50 000 années-lumière avant d'entrer en collision. Au lieu de cela, les chocs dans ces environnements cosmiques sont "sans collision", générés par les interactions entre les particules chargées et les champs magnétiques

Chandra a observé Abell 2146 pendant un total d'environ 23 jours, donnant l'image en rayons X la plus profonde jamais obtenue des fronts de choc dans un amas de galaxies. Les deux fronts de choc d'Abell 2146 sont parmi les fronts de choc les plus brillants et les plus clairs connus parmi les amas de galaxies.

Helen a commenté que "j'ai détecté ces fronts de choc pour la première fois dans une courte observation précédente de Chandra lorsque j'étais étudiante au doctorat. Ce fut une découverte passionnante et un voyage fantastique vers cette observation profonde et héritée révélant la structure détaillée du choc."

En utilisant ces données puissantes, Russell et son équipe ont étudié la température du gaz derrière les ondes de choc dans Abell 2146. Ils ont montré que les électrons ont été principalement chauffés par la compression du gaz par le choc, un effet similaire à celui observé dans le vent solaire. Le reste de l'échauffement s'est produit par des collisions entre particules. Parce que le gaz est si diffus, ce réchauffement supplémentaire s'est produit lentement, sur environ 200 millions d'années.

Chandra crée des images si nettes qu'il peut en fait mesurer à quel point les mouvements de gaz aléatoires brouillent le front de choc qui, d'après la théorie, devrait être beaucoup plus étroit. Pour ce cluster, ils mesurent des mouvements de gaz aléatoires d'environ 650 000 miles par heure.

Les ondes de choc sans collision sont importantes dans plusieurs autres domaines de recherche. Par exemple, le rayonnement produit par les chocs du vent solaire peut avoir un impact négatif sur le fonctionnement des engins spatiaux, ainsi que sur la sécurité des humains dans l'espace.

Un article décrivant ces résultats a été accepté par The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . + Explorer plus loin

Images détaillées d'une onde de choc qui s'étend sur 6,5 millions d'années-lumière