Les galaxies spirales sont une forme emblématique. Ils sont utilisés dans les logos de produits et toutes sortes d'autres endroits. Nous vivons même en un seul. Et même si cela peut sembler évident comment ils obtiennent leur forme, en tournant, ce n'est pas le cas.
Les scientifiques sont toujours perplexes devant les galaxies spirales et la façon dont elles prennent leur forme, avec des bras élégants pleins d'étoiles. Les astronomes travaillant avec SOFIA, l'Observatoire stratosphérique pour l'astronomie infrarouge, étudient le rôle que jouent les champs magnétiques en observant des galaxies spirales autres que la nôtre. Récemment, des scientifiques de SOFIA ont observé la galaxie M77, également connue sous le nom de NGC 1068, et ont présenté leurs résultats dans une nouvelle étude.
La nouvelle étude s'intitule «SOFIA / HAWC + trace les champs magnétiques dans NGC 1068» et sera publiée dans le Astrophysical Journal. L’auteur principal est Enrique Lopez-Rodriguez, un scientifique de l’Universities Space Research Association du SOFIA Science Center du NASA’s Ames Research Center.
"Les champs magnétiques sont invisibles, mais ils peuvent influencer l'évolution d'une galaxie", a déclaré Lopez-Rodriguez dans un communiqué de presse. "Nous comprenons assez bien comment la gravité affecte les structures galactiques, mais nous commençons tout juste à apprendre le rôle des champs magnétiques."
M77 est une galaxie spirale à environ 47 millions d'années-lumière. C'est une galaxie spirale barrée, même si la barre n'est pas visible en lumière visible. Il a un noyau galactique actif, non visible également en lumière visible, et il héberge un trou noir supermassif (SMBH) qui est deux fois plus massif que Sgr A *, le SMBH au centre de la Voie lactée. La M77 est plus grande que la Voie lactée: elle a environ 85 000 années-lumière de rayon et la Voie lactée est environ 53 000. Le M77 compte environ 300 milliards d'étoiles, tandis que la Voie lactée compte entre 250 et 400 milliards.
M 77 est la galaxie spirale de conception la plus proche avec à la fois un noyau galactique actif brillant (AGN) et un éclat étoilé circumnucléaire lumineux.
Les bras en spirale du M 77 regorgent de zones de formation d'étoiles intenses appelées éclats d'étoiles. Les lignes de champ magnétique invisibles suivent de près les bras en spirale, bien que nos yeux ne puissent pas les voir. Mais SOFIA peut, et leur existence soutient une théorie largement répandue qui explique comment ces armes prennent leur forme. C'est ce qu'on appelle la «théorie des ondes de densité».
Avant que la théorie des ondes de densité ne soit développée au milieu des années 1960, il y avait des problèmes pour expliquer les bras en spirale dans une galaxie. Selon le «problème d'enroulement», les bras spiraux disparaîtraient après seulement quelques orbites et ne se distingueraient pas du reste de la galaxie.
Voici une vidéo rapide qui montre le problème de bobinage.
La théorie des ondes de densité dit que les bras eux-mêmes sont séparés des étoiles et du gaz et de la poussière qui voyagent à travers les ondes de densité. Les bras sont la partie visible des ondes de densité elles-mêmes, et les étoiles entrent et sortent des vagues. Donc les bras ne sont pas des structures permanentes faites d'étoiles, même si c'est à ça qu'il ressemble.
Voici une courte vidéo montrant comment les ondes de densité créent des bras en spirale dans les galaxies.
Les observations de SOFIA montrent que les lignes de champ magnétique s'étendent tout le long des bras, sur une distance de 24 000 années-lumière. Selon l'étude, les forces gravitationnelles qui ont contribué à créer la forme en spirale de la galaxie compressent les champs magnétiques, ce qui soutient la théorie des ondes de densité.
"C'est la première fois que nous voyons des champs magnétiques alignés à de si grandes échelles avec la naissance actuelle d'étoiles dans les bras en spirale", a déclaré Lopez-Rodriquez. "C'est toujours excitant d'avoir des preuves observationnelles qui soutiennent les théories."
Les lignes de champ magnétique dans les galaxies sont très difficiles à observer, et le nouvel instrument de SOFIA le permet. C'est ce qu'on appelle HAWC +, ou la caméra aéroportée à large bande haute résolution Plus. HAWC + fonctionne dans l'infrarouge lointain pour observer les grains de poussière, qui sont alignés perpendiculairement aux lignes de champ magnétique dans M77. Cela permet aux astronomes de déduire la forme et la direction du champ magnétique sous-jacent.
Il y a beaucoup d'interférences potentielles dans le M 77, comme la lumière visible diffusée et le rayonnement des particules de haute énergie, mais l'infrarouge lointain n'est pas affecté par elles. La capacité de SOFIA à voir dans la longueur d'onde de 89 microns lui permet de voir clairement les grains de poussière. HAWC + est également un polarimètre imageur, un appareil qui mesure et interprète l'énergie électromagnétique polarisée.
Cette étude ne porte que sur une seule galaxie à bras spiral, il y a donc plus de travail à faire. On ne sait pas comment les lignes de champ magnétique pourraient jouer un rôle dans la structure d'autres galaxies, y compris les irrégulières. Mais il semble que cette équipe ait développé une méthode pour étudier ces galaxies.
Comme ils le disent dans la conclusion de leur article, «Les résultats présentés ici, ainsi que nos études antérieures sur M 82 et NGC 253 (Jones et al.2019), fournissent la preuve que la polarimétrie FIR (infrarouge lointain) peut être un outil précieux pour étudier la structure du champ magnétique dans les galaxies externes, en particulier dans les régions à haute profondeur optique. »
Plus:
- Communiqué de presse: Comment façonner une galaxie spirale
- Document de recherche: SOFIA / HAWC + trace les champs magnétiques dans NGC 1068
- HAWC +
- Space Magazine: Messier 77 - le Cetus une galaxie spirale barrée
