Un casse-tête dans un amas de galaxies près de chez nous

À plus de 250 millions d’années-lumière de nous, se trouve un immense rassemblement de galaxies. C’est l’Amas de Persée, d’après le nom de sa constellation. C’est chez lui que, plus tôt cette année, des astronomes internationaux ont mis à jour un nouveau mystère: un «mini-halo».

Il s’agit plus précisément de jets de particules si rapides que les ondes radio qu’elles émettent deviennent observables pour les astrophysiciens. Ces particules émettent alors de la lumière radio, qu’il est possible d’observer en provenance de ce «mini-halo»: celui-ci est donc en quelque sorte un réservoir à particules, en plein cœur de l’amas.

Accélération

Avec un diamètre de 1,3 million d’années-lumière, soit près 10 fois la taille de notre galaxie, ce réservoir à particules n’a pourtant rien de «mini». Ce qui fascine les chercheurs, dont l’étude est parue en juin, c’est que les jets de particules prennent de la vitesse et émettent ces ondes radio.

Et ça ne colle pas avec la théorie. «Au fur et à mesure que les particules s’éloignent du centre de l’amas, elles devraient ralentir et arrêter d’émettre des ondes radio, longtemps avant d’atteindre les distances auxquelles elles sont observées», relève Marie-Lou Gendron-Marsolais, du Centre de recherche en astrophysique du Québec de l’Université de Montréal, qui faisait partie de cette équipe internationale.

La jeune chercheuse et ses collègues soupçonnent que les particules seraient «ré-accélérées» lorsque de petits groupes de galaxies entrent en collision avec l’amas. Cette poussée additionnelle donnée à ces particules est ce qui leur permettrait de «rayonner» à nouveau. Et ce qui expliquerait pourquoi on les observe à si grandes distances de la galaxie centrale.

Filaments

Ce n’est pas la seule caractéristique étrange de l’Amas de Persée. «On connaît une trentaine d’amas de galaxies contenant des mini-halos, pourtant c’est la première fois qu’on y observe des nouvelles structures complexes, comme de longs filaments», ajoute Mme Gendron-Marsolais.

Notre galaxie, la Voie lactée, n’en possède pas en raison de sa taille plus modeste et parce que son trou noir — oui, elle en possède bien un — moins actif ne produit pas de tels jets puissants de particules.

L’observation de l’Amas de Persée est facilitée par sa «proximité» — de nombreux télescopes différents l’étudient et mettent à jour des détails impossibles à observer dans des amas plus lointains.

Cela nous renseigne sur l’histoire de l’univers et la formation des galaxies, car cet Amas englobe des galaxies très âgées — des ancêtres dont l’âge vénérable approche les 13 milliards d’années, soit presque aussi vieux que l’Univers lui-même. «Nos travaux aident à mieux comprendre les phénomènes complexes qui se produisent dans les amas de galaxies et influencent leur évolution», soutient Mme Gendron-Marsolais.

Trous noirs

Apprendre sur les mini-halos nous renseigne aussi sur le comportement des trous noirs.

Au centre d’un amas de galaxies se trouve généralement une galaxie plus massive que les autres — NGC 1275 dans l’amas de Persée — au centre de laquelle trône un trou noir «supermassif». Celui de NGC 1275 fait 800 millions de fois la masse du Soleil et son activité forme de puissants jets de particules énergétiques projetées sur des distances immenses, au-delà même de sa galaxie.

Lorsque ce trou noir agglomère de la matière, il se forme un disque d’accrétion tout autour et il peut créer ces puissants jets de particules. Le trou noir alimenterait donc de cette façon le mini-halo voisin.

Or, les trous noirs seraient des objets plus puissants qu’on le soupçonnait. «Ils ont le pouvoir de modifier les propriétés de leur galaxie. Ici, le trou noir est un milliard de fois plus petit que sa galaxie, mais ses jets de particules voyagent sur la totalité de la distance de sa galaxie», explique la titulaire de la Chaire de recherche du Canada en astrophysique observationnelle des trous noirs, Julie Hlavacek-Larrondo, qui a également participé à l’étude.

Chocs énergétiques

Quant aux mini-halos, ils étaient plutôt connus auparavant comme des sources diffuses et relativement uniformes d’ondes radio.

La rénovation récente du grand réseau de radiotélescopes du Nouveau-Mexique, le Karl G. Jansky Very Large Array (JVLA), a permis la captation de ces images. «C’est cinq fois meilleur qu’avant. Nous observons une quantité de détails démontrant que le mini-halo ne ressemble pas à un nuage calme, mais plutôt à des montagnes où les chocs énergétiques se succèdent», ajoute celle qui est également chercheuse au département de physique de l’Université de Montréal.

Cette activité intense — les experts pensaient que les trous noirs n’étaient actifs que 10% du temps — facilite l’observation des mystères de ce trou noir et du mini halo de particules qu’il génère. Mais toutes les pièces du casse-tête ne sont pas encore assemblées: de longues observations astronomiques en perspective au sein de l’Amas de Persée.