19 Août 2015

Bulles et filaments au cœur de la Voie Lactée

En analysant l’ensemble des données recueillies par le satellite XMM-Newton dans la gamme des rayons X, une équipe internationale vient d’établir la carte la plus précise du gaz chaud de la région centrale de notre Galaxie.

Bulles, lobes et filaments sont recensés lors de cette étude, dont certaines structures pour la première fois. Ce gaz de plusieurs millions de degré est la trace d’épisodes intenses d’activité au sein de cette région complexe. Supernovae, vents d’étoiles massives et sursaut du trou noir central super-massif de la Galaxie, Sgr A*, sont évoqués pour rendre compte de l’émission X diffuse détectée par l’observatoire européen XMM-Newton.

Ces travaux, auxquels ont contribué des chercheurs du laboratoire Astroparticule et Cosmologie de Paris, du Service d’Astrophysique du CEA–Irfu de Saclay et du CSNSM d’Orsay, avec le soutien du CNES, ont conduit à l’élaboration d’un atlas des sources X diffuses de la région centrale de la Galaxie. Cette base de données sera extrêmement utile pour des études complémentaires, dans le domaine des rayons X et à d’autres longueurs d’onde. Ces résultats sont publiés dans la revue MNRAS et font l’objet d’un communiqué de presse ESA.

Crédits : ESA.

Le centre de la Voie lactée est l’un des laboratoires astrophysiques les plus riches tant la diversité des objets qui le composent est importante. A ce titre, les régions du centre de la Voie lactée font l’objet de nombreuses études notamment menées dans la gamme des rayons X, entre 0,1 et 10 keV. Ce domaine d’énergie est particulièrement bien adapté pour tracer la présence d’une composante essentielle et encore mal comprise de cette région, celle du gaz chaud. Afin de dresser une carte détaillée des structures diffuses à différentes échelles de cette région et en particulier de ce gaz chaud, les chercheurs ont mis à profit l’ensemble des données obtenues sur cette région du ciel par le satellite XMM-Newton, en opération depuis 1999 et ont exploité en particulier un relevé complet de la zone réalisé grâce à un large projet d'observations XMM effectué en 2012

Parmi les structures le plus intéressantes mises en évidence les chercheurs ont caractérisé des super bulles de plusieurs dizaines d’années-lumière, cavités créées par des explosions successives d’étoiles étalées sur des périodes de plusieurs dizaines de milliers d’années.

Ces mesures ont permis aux chercheurs d'évaluer le nombre de supernovae qui explosent en moyenne dans ces réuions centrales et d'en déduire le taux de formation d'étoiles, un paramètre essentiel pour décrire l'activité générale de la région.

Carte du gaz chaud des regions centrales de la galaxie.png
Carte du gaz chaud des régions centrales de la Galaxie obtenu par l’amalgame de plus d’une centaine d’observations XMM-Newton entre 0.5 et 12 keV. Elle couvre une région de 1000 années-lumière en longitude galactique (axe horizontal) et de 500 années-lumière en latitude galactique (axe vertical). Le temps d’exposition sur chaque zone est typiquement de 200 ksec excepté dans une zone de 125 années-lumière autour du centre galactique où il atteint 1.5 million de secondes. Le code de couleur indique l’énergie des photons X détectés: rouge (0.5-2 keV), vert (2- 4.5 keV) et bleu (4.5-12 keV). De très nombreuses structures diffuses sont visibles sur cette carte ainsi qu’un ensemble de sources ponctuelles très intenses, principalement des étoiles compactes (trous noirs ou étoiles à neutrons) en couple avec une étoile normale.

Crédits : ESA/XMM-Newton/G. Ponti et al. 2015.

Les images obtenues mettent également en évidence deux structures ovales, des « lobes » quasi symétriques situées de part et d’autre de Sgr A*. Ces deux lobes ont une taille caractéristique d’une dizaine d’années-lumière et leur intersection à la position de Sgr A* suggère cette région comme étant à leur origine. La forte concentration dans cette zone de jeunes étoiles et de leur vent associé pourrait expliquer la structure observée mais des épisodes d’activité liés au trou noir supermassif central ne sont pas exclus, étant donné que des traces de activité de Sgr A* dans le passé ont été découvertes par la même équipe de chercheurs récemment.  

Plusieurs autres structures très ténues ont été découvertes à l’occasion de ce sondage X très profond de la Galaxie dont notamment un fin filament de 15 années-lumière. A plus grande échelle, une structure évasive en forme de V située au nord de la partie centrale pourrait selon les chercheurs constituer la base d’une composante bien plus vaste (plusieurs milliers d’années-lumière) découverte par le satellite Fermi et dénommée « bulles de Fermi ».

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Carte similaire à la précédente, obtenue à l’énergie de raies d’émission caractéristiques du plasma chaud. L’insert à gauche est un zoom de la région centrale marqué par un carré blanc, sur lequel sont indiquées les structures diffuses principales. Les 2 ellipses rouges sont des lobes situés au nord et au sud du trou noir central super-massif Sgr A*. Les ellipses en jaune indiquent les structures associées à des super-bulles. Les traits verts indiquent une large structure qui évoque une expansion à grande échelle vers le nord galactique.

Crédits : ESA/XMM-Newton/G. Ponti et al. 2015.

Ces travaux ont permis d’établir un catalogue détaillé des structures diffuses X des régions centrales de la Galaxie. Mis à la disposition de la communauté scientifique, il constitue un outil précieux en vue de futures études dans le domaine des rayons X mais aussi dans d’autres longueurs d’onde qui seront réalisés dans le but de mieux comprendre l’origine des différentes composantes de l’émission diffuse de cette région du ciel extrêmement complexe.

Références de l'article

The XMM-Newton view of the central degrees of the Milky Way, G. Ponti, M. R. Morris, R. Terrier, F. Haberl, R. Sturm, M. Clavel, S. Soldi, A. Goldwurm, P. Predehl, K. Nandra, G. Belanger, R. S. Warwick and V. Tatischeff, MNRAS, 19/8/2015.

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