Pendant des décennies, les astronomes ont été intrigués par l’existence de structures gigantesques et pâles dans l’espace, connues sous le nom de « reliques radio ». Ces arcs fantomatiques, s’étendant sur des millions d’années-lumière à travers des amas de galaxies, sont les vestiges de violentes collisions entre ces mastodontes cosmiques. Aujourd’hui, de nouvelles simulations à haute résolution de l’Institut Leibniz d’astrophysique de Potsdam (AIP) en Allemagne semblent enfin déchiffrer le code derrière leur comportement particulier.
Le mystère des reliques radio
Les reliques radio se forment lorsque les ondes de choc provenant d’amas de galaxies en collision accélèrent les électrons à une vitesse proche de la lumière, émettant des ondes radio diffuses. Ces structures sont courantes, mais les observations ont révélé des incohérences qui défiaient les modèles théoriques existants : des champs magnétiques plus forts que prévu, des forces de choc variables mesurées par radio par rapport à la lumière des rayons X, et même des chocs qui semblaient trop faibles pour accélérer les électrons.
Pourquoi est-ce important : Les collisions d’amas de galaxies comptent parmi les événements les plus énergétiques de l’univers, façonnant l’évolution des galaxies qui les composent. Comprendre comment se forment les reliques révèle les processus fondamentaux à l’œuvre lorsque les structures entrent en collision à des échelles cosmologiques.
Une percée dans la simulation multi-échelle
La percée de l’équipe AIP est venue de l’utilisation de simulations couvrant plusieurs échelles. Ils ont d’abord modélisé les collisions d’amas de galaxies sur des milliards d’années, puis se sont concentrés sur la physique des ondes de choc individuelles interagissant avec les périphéries turbulentes de ces amas. Cette approche leur a permis de reproduire les caractéristiques des reliques observées avec une précision sans précédent.
Principales conclusions : Champs magnétiques amplifiés
Les simulations montrent que les champs magnétiques dans les reliques ne sont pas seulement renforcés par l’onde de choc initiale, mais sont encore amplifiés lorsque le choc entre en collision avec d’autres chocs créés par la chute du gaz de la toile cosmique. Cette collision comprime le plasma en feuilles denses, générant des turbulences qui tordent et compriment les champs magnétiques bien au-delà de ce qu’un seul choc pourrait produire.
Écarts résolus : mesures radio et mesures à rayons X
L’équipe a également expliqué pourquoi les mesures radio et radiographiques de la résistance aux chocs diffèrent. Les simulations ont révélé que les chocs balayaient des amas de gaz denses, créant des régions localisées d’accélération intense. Ces zones compactes dominent le signal radio, tandis que les télescopes à rayons X mesurent la force moyenne des chocs, y compris les régions les plus faibles, expliquant les écarts.
Le rôle des turbulences
Les simulations montrent également que les ondes de choc n’accélèrent pas seulement les électrons de manière uniforme. La turbulence joue un rôle crucial, tordant et comprimant les champs magnétiques jusqu’aux intensités observées. Cette turbulence est créée par la collision des ondes de choc, créant un tourbillon cosmique.
“L’ensemble du mécanisme génère des turbulences, tordant et comprimant le champ magnétique jusqu’aux intensités observées, résolvant ainsi la première énigme”, a déclaré Christoph Pfrommer de l’AIP.
L’avenir de la recherche sur les reliques
Le succès de l’équipe AIP ouvre de nouvelles voies pour étudier ces structures énigmatiques. En combinant des simulations cosmologiques à grande échelle avec des modèles de tubes à choc haute résolution, ils ont surmonté un obstacle majeur dans la compréhension de la physique des collisions d’amas de galaxies. Les recherches futures s’appuieront probablement sur ces travaux pour percer les mystères restants entourant les reliques radio, fournissant ainsi un aperçu plus approfondi des événements les plus importants et les plus énergétiques de l’univers.
Les simulations confirment que les parties localisées les plus fortes du front de choc produisent la majeure partie de l’émission radio. Les faibles intensités moyennes déduites des rayons X ne représentent après tout aucune menace pour la physique sous-jacente.
