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La nouvelle carte des champs magnétiques de la Voie lactée

ActualitéClassé sous :Astronomie , effet faraday , quasars

L'origine des champs magnétiques régnant dans le milieu interstellaire de la Voie lactée et des autres galaxies reste mal connue. Une nouvelle carte, la plus précise à ce jour,vient d'être réalisée grâce aux observations des quasars. Elle est cependant conforme à l'hypothèse d'une génération par effet dynamo dans notre Voie lactée.

Pour mieux mettre en relief les structures dans le champ magnétique galactique, l'effet du disque galactique a été enlevé de sorte que les plus faibles caractéristiques du champ magnétique de la Voie lactée, au-dessus et en dessous du disque galactique, sont plus clairement visibles. On voit que les directions du champ magnétique semblent bien être à l'opposé de part et d’autre du disque. Un changement analogue de la direction s’observe également entre les côtés gauche et droit de l'image, de part et d’autre du centre de la Voie lactée. Un scénario particulier de dynamo galactique prédit de telles structures symétriques avec des champs magnétiques qui sont alignés parallèlement au plan du disque galactique dans une configuration circulaire ou en spirale. En plus de ces structures à grande échelle, plusieurs petites structures sont apparentes. Celles-ci sont associées à de la turbulence dans le milieu interstellaire. On peut faire une analyse spectrale de ces remous turbulents et le spectre obtenu peut être directement comparé avec celui des simulations sur ordinateur de la dynamique des gaz turbulents et du champ magnétique dans notre galaxie. Cela va permettre de faire des tests détaillés des modèles de dynamo galactique. © Max Planck Institute for Astrophysics

Tout le monde ou presque a déjà vu une carte de la voûte céleste dans le domaine des micro-ondes montrant le fameux rayonnement fossile. Le rayonnement gamma des astres de l'univers est un peu moins connu mais on dispose tout de même d'une telle carte du ciel gamma grâce au satellite Fermi. Il est un domaine de l'astronomie observationnelle dont on parle beaucoup moins aujourd'hui qu'il y a quelques dizaines d'années, depuis que les Hubble, Spitzer, Chandra et WMap ont, avec les télescopes de l'ESO et d'Hawaï, presque monopolisé le devant de la scène : c'est la radioastronomie.

Pourtant, elle ne manque pas de projets ambitieux avec par exemple Alma, Lofar et RadioAstron. Des découvertes et des observations importantes se font toujours grâce à la radioastronomie. C'est ainsi qu'un groupe d'astronomes a obtenu récemment la carte la plus précise à ce jour des champs magnétiques de la Voie lactée, comme il est expliqué dans plusieurs publications déposées sur arxiv.

La carte du ciel de l'effet Faraday causé par les champs magnétiques de la Voie Lactée. Les couleurs rouge et bleu indiquent les régions du ciel où les champs magnétiques ont, respectivement, une composante pointée en direction de l'observateur ou en sens inverse. La bande de la Voie lactée (le plan du disque galactique) s'étend horizontalement dans cette vue panoramique. Le centre de la Voie lactée se trouve au milieu de l'image. Le pôle Nord céleste est en haut à gauche et le pôle Sud est en bas à droite. © Max Planck Institute for Astrophysics

La carte du ciel de l'effet Faraday causé par les champs magnétiques de la Voie Lactée. Les couleurs rouge et bleu indiquent les régions du ciel où les champs magnétiques ont, respectivement, une composante pointée en direction de l'observateur ou en sens inverse. La bande de la Voie lactée (le plan du disque galactique) s'étend horizontalement dans cette vue panoramique. Le centre de la Voie lactée se trouve au milieu de l'image. Le pôle Nord céleste est en haut à gauche et le pôle Sud est en bas à droite. © Max Planck Institute for Astrophysics

On ne connaît l'existence de ces champs magnétiques que depuis une soixantaine d'années seulement. Découverts d'abord dans la Voie lactée puis, rapidement, dans les autres galaxies, ces champs intriguent les astrophysiciens car, si on explique généralement leur origine grâce à un effet dynamo analogue à celui produisant le champ terrestre, rien n'est vraiment sûr. Au lieu d'une lente formation dans le plasma conducteur interstellaire, d'autres théories font remonter l'origine des champs galactiques et même intergalactiques à un champ magnétique cosmologique primordial.

Pour savoir laquelle de ces hypothèses est la bonne, il faut, comme c'est souvent le cas, améliorer la précision des observations.

Des radiosources extragalactiques compactes mises à contribution

La carte des champs magnétiques de la Voie lactée qui vient d'être révélée, se base sur environ 41.000 mesures prises dans le cadre de 26 projets de recherche différents, par 30 astronomes. Une technique de traitement de l'information contenue dans ces mesures a permis de reconstruire les intensités de champs magnétiques et leur direction dans la Voie lactée.

Grâce à l'effet Faraday, il est possible de remonter des caractéristiques des ondes radio enregistrées sur Terre par des radiotélescopes aux champs magnétiques du milieu interstellaire de la Galaxie. Connu depuis longtemps, il pourrait même, pense-t-on, mettre en évidence l'existence de la matière noire.

En quoi consiste l'effet Faraday ? Lorsqu'une onde lumineuse polarisée, par exemple une onde radio, traverse une région où règne un champ magnétique, sa polarisation est changée selon une proportion bien définie, reliée aux caractéristiques de ce champ magnétique. On pourrait penser qu'il faille connaître les caractéristiques initiales de l'onde pour en déduire les modifications qu'elle subit mais si l'on réalise des observations à différentes fréquences, on peut s'en passer et avoir accès aux champs magnétiques que l'on souhaite mesurer.

Des tests des modèles de dynamo galactique en perspective

Les astrophysiciens ont donc déterminé l'effet Faraday produit sur les ondes en provenance d'un grand nombre de radiosources extragalactiques compactes, c'est-à-dire des noyaux de galaxies actives, comme le sont par exemple les quasars.

La carte révèle que les principaux champs magnétiques sont dans le plan galactique. En regardant les deux images fournies, on observe que ces champs magnétiques suivent des lignes de champs qui s'enroulent autour du bulbe central dans le disque galactique (dans l'image ci-dessus) et parallèles au plan galactique pour des composantes plus faibles (sur l'image ci-dessous). C'est exactement ce à quoi on doit s'attendre dans le cas d'une des théories faisant intervenir une génération de ces champs par effet dynamo. Mais c'est pour le moment insuffisant pour en conclure que cette hypothèse est bien la bonne.

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