Libération du pouvoir cosmique : Flux d'énergie dans les plus grandes ondes de choc de l'univers

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 fusion, trouvant que l'énergie libérée était de 2,3 × 10^38 W. Cette réalisation a été rendue possible en profitant d'une récente collision d'amas, ce qui a facilité la mesure complexe des objets célestes. (Concept de l'artiste.)

Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur associé Kazuhiro Nakazawa de l'Université Nagoya/KMI et l'étudiant en doctorat Yuki Omiya de l'École supérieure des sciences a accompli des avancées significatives dans la compréhension des amas de galaxies. En collaborant avec des institutions prestigieuses telles que l'Observatoire astronomique national du Japon, l'Université de Tokyo des sciences, l'Université d'Hiroshima, l'Université de Saitama, l'Institut de recherche spatiale et astronautique 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 nouvellement formée dans l'amas de galaxies en fusion proche CIZA J1358.9-4750. Cet effort leur a également permis d'évaluer l'énergie libérée, une valeur impressionnante de 2,3 × 10^38 W. Les données de cette recherche ont été obtenues à partir du satellite d'astronomie des rayons X européen XMM-Newton.

Récemment, amas de galaxies en fusion CIZA J1358.9-4750. Crédit : Université Nagoya

Les amas de galaxies, connus comme les plus grands objets auto-gravitants de l'univers, abritent une vaste étendue de gaz à haute température. Ce gaz émet des rayons X brillants, rendant ces amas visibles. Lorsque ces amas colossaux fusionnent, cela aboutit à un événement astronomique d'une magnitude inégalée, créant une onde de choc s'étendant 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 en fusion récente CIZA1359. Crédit : Université Nagoya

Typiquement en astronomie, mesurer la profondeur des objets célestes pose un défi important. Cependant, dans cette étude, l'équipe a surmonté cette difficulté en capitalisant sur la récente collision des deux amas. Cet événement a rendu possible d'estimer raisonnablement la forme originale des amas. En utilisant ces estimations, ils ont déterminé la vitesse de la frontière de choc en analysant la distribution de 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 de particules et en amplification de champ magnétique dans la frontière de choc.

Cette recherche a été publiée dans le numéro de février 2023 des Publications de la Société astronomique du Japon (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 de la frontière de choc. Sa luminosité est estimée à ~3,5 × 10^33 W. Ces résultats nous donnent un rendement de conversion d'environ 10^-5.

Comprendre la distribution du rendement de conversion nous aidera à clarifier ce qui se passe sous la plus grande onde de choc lors de la fusion des amas.

Référence : "Vue de XMM-Newton sur le chauffage de choc dans un amas en fusion précoce, 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, 1 décembre 2022, Publications of the Astronomical Society of Japan.DOI: 10.1093/pasj/psac087