Une équipe internationale de chercheurs a réussi à estimer la taille et la vitesse de fusion d’une onde de choc dans un amas de galaxies en train de fusionner. L’énergie libérée est de 2,3 × 1038 W. Ce résultat a été rendu possible grâce à la collision récente d’un amas, qui a facilité la mesure complexe des objets célestes. (Concept d’artiste.)
Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur associé Kazuhiro Nakazawa de l’université de Nagoya/KMI et le doctorant Yuki Omiya de la Graduate School of Science a réalisé des avancées significatives dans la compréhension des amas de galaxies. En collaboration avec des institutions réputées telles que l’Observatoire astronomique national du Japon, l’Université des sciences de Tokyo, l’Université d’Hiroshima, l’Université de Saitama, l’Institut des sciences spatiales et astronautiques de la JAXA, l’Université métropolitaine de Tokyo, l’Institut néerlandais des sciences spatiales et l’Université de Toho, ils ont réussi à estimer les dimensions et la vitesse de fusion d’une onde de choc naissante dans l’amas de galaxies en fusion voisin CIZA J1358.9-4750. Cette étude leur a également permis d’évaluer l’énergie libérée, qui s’élève à 2,3 × 1038 W. Les données utilisées pour cette recherche ont été obtenues par le satellite européen d’astronomie à rayons X XMM-Newton.
Amas de galaxies récemment fusionné CIZA J1358.9-4750. Crédit : Université de Nagoya
Sommaire
Les amas de galaxies et leur importance
Les amas de galaxies, connus pour être les plus grands objets autogravitants de l’univers, abritent une vaste étendue de gaz à haute température. Ce gaz émet des rayons X brillants, ce qui rend ces amas visibles. La fusion de ces amas colossaux donne lieu à un événement astronomique d’une ampleur inégalée, provoquant une onde de choc qui s’étend sur 3 millions d’années-lumière carrées.
Images de l’intensité des rayons X (à gauche) et de la température (à droite) de l’amas de galaxies récemment fusionné CIZA1359. Crédit : Université de Nagoya
La mesure complexe des objets astronomiques
En astronomie, la mesure de la profondeur des objets célestes constitue généralement un défi de taille. Cependant, dans cette étude, l’équipe a surmonté cette difficulté en capitalisant sur la récente collision des deux amas. Cet événement a permis de faire des estimations raisonnables sur la forme originale des amas. À l’aide de ces estimations, ils ont déterminé la vitesse du front de choc en analysant la distribution de la température du gaz à haute température. Ils ont ensuite multiplié cette valeur par la longueur, la largeur et la profondeur des amas pour calculer la quantité d’énergie cinétique convertie en chaleur, en accélération des particules et en amplification du champ magnétique dans le front de choc.
Cette recherche a été publiée dans le numéro de février 2023 des Publications of the Astronomical Society of Japan (PASJ). Dans un article connexe, Kurahara et al. (PASJ, décembre 2022) ont découvert une « émission radio synchrotron » par des électrons accélérés et des champs magnétiques amplifiés autour du front de choc. Sa luminosité est estimée à ~3,5 × 1033 W. Ces résultats nous donnent une efficacité de conversion d’environ 10-5.
Comprendre la distribution de l’efficacité de conversion nous aidera à clarifier ce qui se passe sous la plus grande onde de choc de la fusion des amas.
Référence : « XMM-Newton view of the shock heating in an early merging cluster, CIZA J1358.9-4750 » par Yuki Omiya, Kazuhiro Nakazawa, Kyoko Matsushita, Shogo B Kobayashi, Nobuhiro Okabe, Kosuke Sato, Takayuki Tamura, Yutaka Fujita, Liyi Gu, Tetsu Kitayama, Takuya Akahori, Kohei Kurahara et Tomohiro Yamaguchi, le 1er décembre 2022, Publications of the Astronomical Society of Japan.
DOI : 10.1093/pasj/psac087