Les « reliques radio » fantomatiques figurent parmi les plus grands mystères de l’Univers : c’est simple, en théorie, elles ne devraient même pas exister. Mais une nouvelle étude vient enfin lever le voile sur cette énigme vieille de plusieurs décennies.

Dans la famille des phénomènes les plus extrêmes de l’Univers, nous demandons la collision de deux amas de galaxies. Lorsqu’un tel événement se produit, les ondes de choc émises sont si énormes qu’elles accélèrent les électrons à des vitesses proches de celle de la lumière. Cela engendre d’étranges rubans gigantesques en forme d’arc fantomatique, pouvant s’étendre sur des millions d’années-lumière : les « reliques radio ».

Les astronomes en ont déjà recensé des dizaines, mais leur comportement demeurait une véritable énigme. Si l’on se tenait à la théorie : ces reliques radio fantomatiques ne devraient même pas exister. Mais une étude menée par une équipe de chercheurs de l’Institut Leibniz d’astrophysique de Potsdam (AIP) en Allemagne vient enfin éclairer ces mystères de longue date.

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Une approche multi-échelle pour faire la lumière sur les mystères des reliques radio fantomatiques

Reprenons depuis le début. Des observations de plusieurs instruments, tels que le télescope spatial Chandra de la NASA et le XMM-Newton de l’ESA, contredisent les modèles établis : elles montrent en effet que les champs magnétiques de ces reliques sont trop puissants par rapport aux estimations. Quant aux mesures des ondes de choc, elles sont incohérentes : en radio, elles paraissent trop fortes ; tandis qu’en rayons X, elles paraissent trop faibles pour accélérer les électrons, ce qui nierait leur existence-même.

C’est là qu’intervient l’étude de l’AIP, relayée par nos confrères de Space.com : les chercheurs ont réalisé de nombreuses simulations cosmologiques de haute résolution et plus réalistes que jamais. Surtout, ils ont opté pour une approche multi-échelle. Cela leur a permis de reconstituer la naissance et l’évolution des reliques radio, mais également d’expliquer pourquoi elles prennent cette apparence.

En résumé, ils ont simulé la formation et la collision d’amas de galaxies sur des milliards d’années, puis ils ont utilisés ces résultats pour construire d’autres simulations beaucoup plus précises pour isoler et étudier dans le détail le comportement d’une onde de choc unique lorsqu’elle traverse les zones turbulentes et irrégulières de l’amas. Ce qui leur a permis de modéliser, à partir des lois fondamentales de la physique, la façon dont les électrons sont accélérés sur le front de choc et comment les ondes radio produites apparaîtraient pour les télescopes.

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Les mystères des reliques radio fantomatiques enfin résolus

Les résultats de cette approche multi-échelle – qui a permis de saisir une physique jusque-là inaccessible des simulations cosmologiques actuelles – éclairent ainsi deux mystères vieux de plusieurs décennies. Premièrement, les scientifiques ont découvert pourquoi l’intensité des champs magnétiques enregistrés est « trop » élevée par rapport aux modèles établis : elle est due à l’interaction de l’onde de choc avec d’autres petites ondes, ce qui crée une turbulence qui tord et compresse les lignes du champ magnétique.

Le second mystère résolu concerne l’incohérence des mesures entre la radio et les rayons X longtemps observées par les astronomes. L’étude révèle que les régions du front de choc ne sont pas uniformes : certaines zones très fortes et localisée émettent la majeure partie du signal radio, d’autres sont beaucoup plus faibles. Or, les télescopes mesurent la moyenne globale du choc. Mais ces valeurs moyennes plus faibles ne remettent pas en cause l’existence de ces structures mystérieuses.

Ainsi, grâce à ces simulations à plusieurs échelles et de haute précision, les chercheurs sont parvenus à expliquer la puissance des champs magnétiques, mais également l’incohérence entre radio et rayons X. Il ne s’agissait pas d’une erreur, mais pour mettre au jour ce mystère il fallait changer de focale… et toutes les combiner.