Nous avons notre meilleur regard à ce jour sur les mystérieux ORC (cercles radio étranges) dans l’espace

Les astronomes s’interrogent sur la nature et l’origine de cercles radio rares et mystérieux dans l’espace depuis la découverte des objets en 2019. Maintenant, le radiotélescope haute résolution MeerKAT en Afrique du Sud a capturé un de ces cercles avec beaucoup plus de détails, offrant quelques indices utiles sur ce phénomène rare. L’image et l’analyse qui l’accompagne sont apparues dans une préimpression sur Arxiv, et l’article a été accepté pour publication dans les avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

La découverte est née du projet Evolutionary Map of the Universe (EMU), qui vise à recenser les sources radio dans le ciel. Il y a plusieurs années, Ray Norris, astronome à l’Université Western Sydney et au CSIRO en Australie, avait prédit que le projet EMU ferait des découvertes inattendues. Il les a surnommés « WTF ». Norris a admis dans un article de 2020 pour The Conversation qu’il s’attendait à ce que ces découvertes découlent de l’analyse de l’apprentissage automatique, étant donné les grandes quantités de données impliquées. « Mais ces découvertes ont été faites avec un bon regard à l’ancienne », écrit-il.

Une paire de globes oculaires appartenait à Anna Kapinska, astronome à l’Observatoire national de radioastronomie (NRAO). En parcourant les nouvelles données de radioastronomie recueillies par le télescope Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) du CSIRO, Kapinska a remarqué plusieurs formes étranges qui ne semblaient ressembler à aucun type d’objet connu. Suivant la nomenclature de Norris, elle les a qualifiés de WTF possibles. L’un d’eux, selon Norris, « était une image d’un cercle fantomatique d’émission radio, suspendu dans l’espace comme un anneau de fumée cosmique ».

D’autres membres de l’équipe ont rapidement trouvé deux autres gouttes rondes étranges, qu’ils ont surnommées cercles radio impairs (ORC). Un quatrième ORC a été identifié dans les données d’archives du radiotélescope géant indien MetreWave, et un cinquième a été découvert l’année dernière dans de nouvelles données ASKAP. Il existe plusieurs autres objets qui pourraient également être des ORC. Sur cette base, l’équipe estime qu’il pourrait y avoir jusqu’à 1 000 ORC en tout.

Alors que Norris et coll. initialement supposé que les gouttes n’étaient que des artefacts d’imagerie, les données d’autres radiotélescopes ont confirmé qu’il s’agissait d’une nouvelle classe d’objets astronomiques. Ils n’apparaissent pas dans les télescopes optiques standard, ni dans les télescopes infrarouges et à rayons X, uniquement dans le spectre radio. Les astronomes soupçonnent que les émissions radio sont dues à des nuages ​​d’électrons. Mais cela n’expliquerait pas pourquoi les ORC n’apparaissent pas dans d’autres longueurs d’onde.

Tous les ORC confirmés jusqu’à présent ont une galaxie au centre, ce qui suggère que cela pourrait être un facteur pertinent dans leur formation. Et ils sont énormes, mesurant environ un million d’années-lumière de diamètre, ce qui est plus grand que notre propre Voie lactée. « Nous savons que les ORC sont des anneaux d’émissions radio faibles entourant une galaxie avec un trou noir très actif en son centre, mais nous ne savons pas encore ce qui les cause, ni pourquoi ils sont si rares », a déclaré Norris.

Les astronomes ont avancé plusieurs possibilités quant à ce que pourraient être les objets. Ce sont peut-être des restes de supernova ou des anneaux d’Einstein. Alternativement, ils pourraient être causés par des jets d’électrons émis à proximité d’un trou noir supermassif, bien que les ORC soient beaucoup plus circulaires que les nuages ​​généralement observés résultant de ce phénomène dans les radiogalaxies. La proposition la plus spéculative postulait que les ORC pourraient en fait être les « gorges » des trous de ver.

Selon Norris, ASKAP est idéal pour étudier de vastes zones du ciel, tandis que MeerKAT est conçu pour zoomer sur tous les objets intéressants, de sorte que les deux réseaux de télescopes sont complémentaires. Cette dernière image radio de MeerKAT montre plusieurs anneaux plus petits à l’intérieur du plus grand cercle extérieur. MeerKAT a également cartographié la polarisation de l’onde radio, révélant un champ magnétique le long du bord de la sphère. Ceci est cohérent avec une explosion dans la galaxie centrale.

« Nous pouvons maintenant voir que chaque ORC est centré sur une galaxie trop faible pour être détectée plus tôt », a écrit Norris dans The Conversation. « Les cercles sont très probablement d’énormes explosions de gaz chaud, d’environ un million d’années-lumière de diamètre, émanant de la galaxie centrale. D’après la modélisation de la faible émission radio nuageuse que MeerKAT détecte dans les anneaux, il semble que les anneaux soient les bords d’une sphère sphérique. coquille entourant la galaxie, comme une onde de choc d’une explosion géante dans la galaxie. Ils ressemblent à des anneaux au lieu d’orbes uniquement parce que la sphère apparaît plus brillante sur les bords où il y a plus de matière le long de la ligne de visée, un peu comme une bulle de savon. « 

Alors, qu’est-ce qui a causé l’explosion qui a conduit à la formation d’ORC ? Les nouvelles données sont suffisantes pour exclure toutes les possibilités sauf trois. La première est que les ORC sont le résultat d’une onde de choc provenant du centre d’une galaxie, résultant peut-être de la fusion de deux trous noirs supermassifs. Alternativement, ils pourraient être le résultat de jets radio crachant des particules à partir de noyaux galactiques actifs. Enfin, les ORC peuvent être des coquilles causées par des événements d’éclatement d’étoiles («choc de terminaison»), qui produiraient une onde de choc sphérique lorsque du gaz chaud est expulsé d’un centre galactique.

Déterminer laquelle de ces hypothèses est correcte nécessitera plus de données. Il existe une grande collection de radiotélescopes, surnommé le Square Kilometre Array (SKA), dont la mise en ligne est prévue en 2028, et Norris est convaincu que SKA trouvera beaucoup plus d’ORC, révélant, espérons-le, plus de détails sur le cycle de vie des galaxies. Ces données d’observation supplémentaires pourraient également permettre aux astronomes d’identifier les étranges filaments incurvés d’émissions radio qui se cachent dans l’anneau extérieur.

En attendant, plusieurs astronomes s’amusent à résoudre une nouvelle énigme cosmique. « Les gens veulent souvent expliquer leurs observations et montrer qu’elles correspondent à nos meilleures connaissances », a déclaré le co-auteur Jordan Collier de l’Institut interuniversitaire d’astronomie intensive en données. « Pour moi, c’est beaucoup plus excitant de découvrir quelque chose de nouveau, qui défie notre compréhension actuelle.

DOI : Avis mensuels de la Royal Astronomical Society, 2022. 10.1093/mnras/stac701 (À propos des DOI).