La poussière polarisée révèle le puissant champ magnétique d’une ancienne galaxie – Physics World

La poussière polarisée révèle le puissant champ magnétique d’une ancienne galaxie – Physics World

Horodatage: 18 septembre 2023 11:43 AM

Galaxie magnétique
Carte magnétique : image de la galaxie 9io9 montrant l'orientation de son champ magnétique. (Avec l'autorisation de : ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/J Geach et al.)

Le champ magnétique galactique le plus éloigné jamais observé a été rapporté par une équipe internationale d'astronomes. Le champ appartenait à une galaxie appelée 9io9, que nous voyons telle qu'elle était il y a environ 11 milliards d'années, soit environ 2.5 milliards d'années après la création de l'univers lors du Big Bang. La découverte a été faite en étudiant le rayonnement émis par des grains de poussière alignés par le champ magnétique de la galaxie.

On sait depuis longtemps que les champs magnétiques jouent un rôle clé dans la formation des étoiles et des galaxies. Cependant, des champs magnétiques ordonnés à grande échelle n’ont été observés que dans la Voie lactée et les galaxies voisines.

Bien qu'il y ait eu quelques travaux théoriques sur le sujet, on ne savait pas à quelle vitesse les champs magnétiques pourraient se former autour des jeunes galaxies et donc jouer un rôle dans leur évolution future.

Très peu compris

"Les champs magnétiques font partie de ces éléments qui sont des composants clés des galaxies mais qui sont relativement mal compris, comparés aux autres processus impliqués", explique James Geach, de l'Université du Hertfordshire, qui est l'auteur principal d'un article en Nature qui décrit la découverte.

L’une des raisons de cette mauvaise compréhension est que la détection de champs magnétiques lointains dans les jeunes galaxies constitue un défi technique. En conséquence, les champs magnétiques sont souvent absents dans de nombreux modèles et simulations de formation et d’évolution des galaxies. "Il était possible que le champ soit très faible et que nous ne puissions pas le détecter", explique Geach.

Les scientifiques ont choisi d’étudier 9io9 car c’est une galaxie particulièrement lumineuse et à lentille gravitationnelle. Cette lentille se produit lorsqu'un objet massif, comme un trou noir ou un amas de galaxies, détourne la lumière de la galaxie qui passe à proximité. Cela peut avoir pour effet d’agrandir la galaxie telle qu’on la voit sur Terre.

Aiguilles de boussole

À l’aide du réseau ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) au Chili, l’équipe a détecté les émissions thermiques des grains de poussière autour de 9io9. Les grains de poussière ne sont pas parfaitement sphériques et peuvent donc s’aligner sur un champ magnétique comme les aiguilles d’une boussole. Ces grains peuvent absorber le rayonnement électromagnétique et le réémettre à des longueurs d'onde plus longues

Si les grains de poussière sont alignés magnétiquement, ils émettront une lumière polarisée. En analysant le degré et l’orientation de cette polarisation, l’équipe a pu déduire la direction et la force du champ magnétique dans la région où se trouvaient les grains de poussière. Ils ont découvert que l'intensité du champ de 9io9 est environ 20 fois supérieure à celle de la Voie lactée et s'étend sur environ 16,000 XNUMX années-lumière. L’équipe a utilisé ces données pour créer une carte du champ magnétique de la galaxie lointaine.

"Cela montre que même dans un laps de temps relativement limité après le Big Bang, des champs magnétiques comme ceux que nous observons dans des galaxies plus locales peuvent être établis", explique Geach.

Rainer Beck est un expert des champs magnétiques galactiques, qui a pris sa retraite de l'Institut Max-Planck de radioastronomie en 2018. Il a déclaré Monde de la physique qu'il a été surpris par l'intensité du champ de 9io9 : « C'est vraiment étonnant, et c'est quelque chose qui dit que les forces magnétiques sont déjà très, très importantes dans le tout premier univers ».

Remonter le temps

Beck ajoute que 9io9 représente un « énorme saut » dans notre compréhension des champs magnétiques des galaxies plus anciennes. "Jusqu'à présent, nous n'avions que quelques indications de champs ordonnés jusqu'à un redshift de 0.4, mais il s'agit ici d'un redshift de 2.6."

Le redshift fait référence au degré auquel la longueur d’onde de la lumière de la galaxie a été étirée par l’expansion continue de l’univers – avec des redshifts plus élevés correspondant à des objets plus anciens et plus éloignés.

Comme observé, la galaxie 9io9 en est encore à ses balbutiements et est située dans l’univers primitif. En conséquence, il est encore riche en gaz ionisés turbulents qui ne se sont pas effondrés pour former des étoiles, et les chercheurs ont développé une théorie sur la manière dont cette turbulence est liée au champ magnétique.

Mouvement turbulent

La galaxie a la forme d’un disque qui tourne rapidement. Il contient également des mouvements turbulents provenant de la rétroaction stellaire, qui font référence aux processus physiques des étoiles qui peuvent façonner leur environnement. Cela inclut les vents stellaires, qui sont des jets de particules chargées qui jaillissent des étoiles.

"Nous pensons que c'est cette intense formation d'étoiles qui génère le gaz qui a initialement amplifié le champ magnétique", a déclaré Geach. "Vous avez la rotation de la galaxie qui se produit en même temps, ce qui enroule en quelque sorte le champ en un structure plus cohérente.

L’équipe suggère que cette « double dynamo » pourrait être la manière dont des champs magnétiques ordonnés à l’échelle galactique peuvent se former tôt dans les jeunes galaxies.

Geach dit que les études futures pourraient viser à cartographier le champ magnétique avec une résolution plus élevée afin de résoudre les différentes composantes du champ et de révéler sa structure fine.

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