(Crédit image : NASA Goddard Space Flight Center)

Cet article a été initialement publié dans The Conversation. (s’ouvrira dans un nouvel onglet) La publication a publié un article dans Expert Voices: Op-Ed & Insights sur Space.com.

Une tache lumineuse connue sous le nom de « cocon » qui semble être à l’intérieur de l’un des énormes rayons gamma du centre de notre galaxie, surnommée « Bulles de Fermi », a intrigué les astronomes depuis sa découverte en 2012.

Dans une nouvelle étude (s’ouvrira dans un nouvel onglet) publiés dans la revue Nature Astronomy, nous montrons que le cocon est causé par des rayons gamma émis par des étoiles extrêmes en rotation rapide appelées « pulsars millisecondes » situées dans la galaxie naine du Sagittaire qui orbite autour de la Voie lactée. Si nos résultats éclaircissent le mystère du cocon, ils jettent également une ombre sur les tentatives de recherche de matière noire dans tout rayonnement gamma qu’elle pourrait émettre.

Voir avec les rayons gamma

Heureusement pour la vie sur Terre, notre atmosphère bloque les rayons gamma. Ce sont des particules de lumière avec des énergies plus d’un million de fois supérieures aux photons que nous détectons avec nos yeux.

Comme notre vue depuis le sol est obscurcie, les scientifiques n’avaient aucune idée de l’abondance de rayons gamma dans le ciel jusqu’à ce que des instruments soient lancés dans l’espace. Mais depuis les découvertes accidentelles faites par les satellites Vela (lancés en orbite dans les années 1960 pour surveiller l’interdiction des essais nucléaires), de plus en plus de cette richesse est découverte.

L’instrument à rayons gamma de pointe en service aujourd’hui est le télescope spatial Fermi à rayons gamma, une mission majeure de la NASA en orbite depuis plus d’une décennie. La capacité de Fermi à distinguer les détails fins et à détecter les sources faibles a révélé un certain nombre de surprises sur notre Voie lactée et le cosmos au sens large.

Bulles mystérieuses

L’une de ces surprises est apparue en 2010. (s’ouvrira dans un nouvel onglet), peu de temps après le lancement de Fermi : quelque chose au centre de la Voie lactée fait exploser ce qui ressemble à une paire de bulles géantes de rayons gamma. Ces « Bulles de Fermi » complètement inattendues recouvrent entièrement 10 % du ciel.

La principale source présumée des bulles est un trou noir supermassif dans la galaxie. Ce mastodonte, 4 millions de fois plus massif que le Soleil, se cache au cœur de la galaxie, dans la région d’où proviennent les bulles.

La plupart des galaxies contiennent de tels trous noirs géants en leur centre. Dans certains cas, ces trous noirs absorbent activement la matière. En s’alimentant de cette manière, ils crachent simultanément des « jets » d’effluents géants visibles dans le spectre électromagnétique.

Ainsi, la question posée par les chercheurs après la découverte des bulles est : peut-on trouver une preuve irréfutable les reliant au trou noir supermassif de notre galaxie ? Bientôt, les preuves de l’assassinat ont vraiment fait surface : il y avait un indice (s’ouvrira dans un nouvel onglet)à l’intérieur de chaque bulle se trouve un fin jet de rayons gamma dirigé vers le centre galactique.

Cependant, au fil du temps et de nouvelles données, cette image s’est assombrie. Alors que la caractéristique en forme de jet de l’une des bulles a été confirmée, le jet apparent dans l’autre a semblé s’évaporer sous un examen minutieux. (s’ouvrira dans un nouvel onglet).

Les bulles semblaient étrangement déséquilibrées : dans l’une d’elles, il y avait une tache brillante allongée – un « cocon » qui n’était pas dans l’autre bulle.

Voir aussi : Des astronomes ont découvert l’un des plus grands jets de trous noirs dans le ciel (s’ouvrira dans un nouvel onglet)

Cocoon et d’où vient-il

Nos travaux récents (s’ouvrira dans un nouvel onglet) in Nature Astronomy est une étude approfondie de la nature du « cocon ». Remarquablement, nous avons découvert que cette structure n’avait rien à voir ni avec les bulles de Fermi ni avec le trou noir supermassif de la Galaxie.

Au lieu de cela, nous avons découvert que le cocon est en fait quelque chose de complètement différent : les rayons gamma de la galaxie naine du Sagittaire, qui se trouve au-delà de la bulle sud vue de la Terre.

Schéma montrant la Voie lactée, les bulles de Fermi à rayons gamma (rose) et la galaxie naine du Sagittaire et ses queues (jaune/vert). De la position du Soleil, nous voyons la naine du Sagittaire à travers la bulle de Fermi sud. (Crédit image : Aya Tsuboi, Kavli IPMU, crédit : auteur)

Ainsi nommée parce que sa position dans le ciel se situe dans la constellation du Sagittaire, la naine du Sagittaire est une galaxie satellite en orbite autour de la Voie lactée. C’est le vestige d’une galaxie beaucoup plus grande qui a été littéralement déchirée par le fort champ gravitationnel de la Voie lactée. En effet, les étoiles allongées de la naine du Sagittaire se retrouvent dans les « queues » qui s’enroulent tout autour du ciel.

Qu’est-ce qui crée les rayons gamma ?

Dans la Voie lactée, la principale source de rayons gamma sont des particules de haute énergie appelées rayons cosmiques qui entrent en collision avec le gaz très raréfié entre les étoiles.

Cependant, ce processus ne peut pas expliquer les rayons gamma émis par le nain Sagittaire. Elle a perdu son gaz il y a longtemps en raison de la même attraction gravitationnelle qui a emporté tant de ses étoiles.

Alors d’où viennent les rayons gamma ?

Nous avons examiné plusieurs possibilités, y compris la perspective passionnante qu’ils soient la signature de la matière noire, une substance invisible connue uniquement pour ses effets gravitationnels, qui, selon les astronomes, constitue la majeure partie de l’univers. Malheureusement, la forme du cocon correspond exactement à la distribution des étoiles visibles, ce qui exclut la matière noire comme source.

D’une manière ou d’une autre, les étoiles étaient responsables des rayons gamma. Et encore une chose : les étoiles du nain Sagittaire sont vieilles et silencieuses. Quel type de source parmi une telle population produit des rayons gamma ?

Pulsars millisecondes

Nous sommes convaincus qu’il n’y a qu’une seule possibilité : des objets en rotation rapide appelés « pulsars millisecondes ». Ce sont les restes de certaines étoiles, beaucoup plus massives que le Soleil, qui orbitent également autour d’une autre étoile.

Dans les bonnes circonstances, ces binaires produisent une étoile à neutrons – un objet d’environ le même poids que le Soleil mais d’environ 20 km de diamètre seulement – qui tourne des centaines de fois par seconde.

En raison de leur rotation rapide et de leur champ magnétique puissant, ces étoiles à neutrons agissent comme des accélérateurs naturels de particules, lançant des particules de très haute énergie dans l’espace.

Ces particules émettent alors des rayons gamma. Nous avons découvert que les pulsars millisecondes du nain Sagittaire étaient la principale source du cocon mystérieux.

Lire la suite : Cette étoile à neutrons récemment découverte pourrait ouvrir la voie à une toute nouvelle classe d’objets stellaires (s’ouvrira dans un nouvel onglet)

Chasse à la matière noire

Nos découvertes ont jeté un nouvel éclairage – jeu de mots – sur les pulsars millisecondes en tant que sources de rayons gamma dans d’autres anciens systèmes stellaires.

Dans le même temps, ils éclipsent également les efforts visant à trouver des preuves de l’existence de la matière noire grâce aux observations d’autres galaxies satellites de la Voie lactée ; malheureusement, il y a un «fond» de rayons gamma provenant de pulsars millisecondes dans ces systèmes plus fort qu’on ne le pensait auparavant.

Ainsi, tout signal qu’ils produisent ne peut être interprété sans équivoque comme étant lié à la matière noire.

La chasse aux signaux de matière noire continue.

Cet article est republié de The Conversation (s’ouvrira dans un nouvel onglet) sous licence Creative Commons. Lire l’article original (s’ouvrira dans un nouvel onglet).

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