En analysant l’ensemble des données recueillies par le satellite XMM-Newton, une équipe internationale vient d’établir la carte la plus précise du gaz chaud de la région centrale de la 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. Supernova, vents d’étoiles massives et sursaut du trou noir central supermassif de la Galaxie sont évoqués pour rendre compte de l’émission X diffuse détectée par XMM-Newton. Ces travaux, auxquels ont contribué des chercheurs du Service d’Astrophysique du CEA–Irfu et du laboratoire Astroparticule et Cosmologie, 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.
Mosaïque d’images
La région centrale de la Voie lactée est l’un des laboratoires astrophysiques les plus riches tant la diversité des objets qui la composent est importante. A ce titre, elle est 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. Ces dernières années, le satellite de la Nasa Chandra, grâce à son excellente résolution spatiale, a permis de découvrir de nombreuses sources ponctuelles tandis que l’observatoire XMM-Newton, en opération depuis 1999, a pu en partie étudier grâce à sa grande surface collectrice l’émission diffuse. Afin de compléter ce panorama et dresser une carte détaillée de la structure à différentes échelles du gaz chaud de cette région du ciel, les chercheurs ont dans cette étude mis à profit l’ensemble des données, dont un relevé complet réalisé en 2012, acquises par le satellite XMM-Newton.
Cette carte du gaz chaud des régions centrales de la Galaxie résulte de l’amalgame des observations (plus d’une centaine) menées par le satellite 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 15 minutes d‘arc (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 couples d’étoiles émetteurs de rayonnement haute énergie.
Reliques d’intenses épisodes d’activité
Pour expliquer la variété de morphologie observée, les scientifiques font appel à plusieurs scénarios avec dans chaque cas un moteur capable de fournir l’énergie nécessaire pour chauffer le gaz à très haute température, plusieurs millions de degré.
Parmi ces structures, 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. Les chercheurs évaluent le nombre de supernova nécessaire entre 3 et 10 supernovae par super-bulle. Couplé aux nombreux restes de supernova recensés dans les régions centrales de la Galaxie, les scientifiques évalue un taux de supernova de 3.5-15 10-4 par an, consistent avec d’autres estimations. Cette valeur permet de déduire un taux de formation d’étoiles dans les dernières dizaines de milliers d’années équivalent à la production 0.1 masse solaire créée par an.
Les images obtenues mettent également en évidence deux structures ovales quasi symétriques situées de part et d’autre (au nord et au sud) 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.
Carte obtenue à l’énergie précise de raies d’émission caractéristiques du plasma chaud. L’insert à gauche est un zoom de la région centrale sur lequel sont indiquées en guise d’exemple plusieurs structures diffuses. Les 2 ellipses bleues sont des lobes situés de part et d’autre de la position de Sgr A*, objet à la position du trou noir central supermassif (situé dans la région diffuse la plus brillante, en blanc). Les ellipses en pointillé rouge et jaune indiquent les structures associées à des superbulles, cavités de plusieurs dizaines d’année-lumière créées par une succession d’explosion de supernova (3 à 10 pour chaque superbulle) sur une échelle de temps de dizaines de milliers d’années.
Plusieurs structures très tenues ont été découvertes à l’occasion ce sondage très profond de la Galaxie par XMM-Newton 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".
Un catalogue XMM-Newton des structures diffuses
Les très nombreuses structures des régions centrales de la Galaxie, dont certaines détectées pour la première fois, ont permis grâce a ces travaux d’établir un catalogue mis à disposition de la communauté scientifique. En complément des bases de données répertoriant les sources ponctuelles de cette région, extrêmement nombreuses, il constitue un outil en vue de futures études dans le domaine des rayons X visant dans un premier temps caractériser plus en détail l’émission du gaz chaud dans certaines régions précises. Il permettra également de confronter ces données avec celle obtenues à d’autres longueurs d’onde dans le but de mieux comprendre les différentes origines de l’émission diffuse de cette région du ciel extrêmement complexe.
Contacts : Andrea Goldwurm
Publication :
"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
publié dans la revue MNRAS, 2015
Accès à la version électronique de la publication
Voir - Le communiqué de presse de L'ESA
Voir aussi : Traces d’éruptions multiples du trou noir central de la Galaxie (24 octobre 2013)
Reflet du passé (27 mai 2010)
L'énigme du gaz chaud (31 janvier 2004)
Rédaction : C. Gouiffès
