C’est une découverte qui donne le vertige. Un gigantesque nuage de particules cosmiques, s’étendant sur près de 20 millions d’années-lumière, a été détecté autour de l’amas de galaxies lointain PLCK G287.0+32.9. Un record absolu qui remet en question les théories actuelles sur l’origine et la dynamique de ces particules énergétiques.
Un nuage colossal qui défie les modèles
Enveloppant l’amas galactique situé à environ 5 milliards d’années-lumière de la Terre, ce halo radio est le plus vaste jamais observé. Il dépasse de 25 % le précédent record détenu par Abell 2255, qui mesurait environ 16 millions d’années-lumière. Le plus étonnant, c’est l’origine de cette lueur fantomatique.
Contrairement à ce que pensaient jusqu’ici les astrophysiciens, les électrons ultra-énergétiques responsables de cette émission ne proviennent pas de jets lancés par des trous noirs supermassifs. Ils semblent plutôt être continuellement « réveillés » par des ondes de choc colossales et des turbulences géantes qui agitent le gaz raréfié entre les galaxies.
Une surprise révélée par le radiotélescope MeerKAT
Depuis 2011, les scientifiques observaient PLCK G287.0+32.9, notamment en raison de la présence de deux arcs lumineux – surnommés « reliques » – situés aux extrémités de l’amas. Ces reliques marquaient déjà les traces de chocs issus de fusions anciennes avec d’autres groupes galactiques.
Mais grâce à de nouvelles données du radiotélescope sud-africain MeerKAT, les chercheurs ont mis en évidence une brume radio faible mais continue qui englobe tout l’amas. Ce halo relie les deux reliques et s’étend bien au-delà, sur une distance vingt fois supérieure à la taille de notre Voie lactée.
« Nous nous attendions à revoir les deux reliques, mais à la place, c’est tout l’amas qui s’illumine », explique le Dr Kamlesh Rajpurohit, auteur principal de l’étude et chercheur au Center for Astrophysics (Harvard & Smithsonian).
« Un nuage de particules énergétiques aussi vaste n’avait jamais été observé, ni ici, ni ailleurs. »
Mais d’où viennent ces électrons infatigables ?
En théorie, les électrons relativistes qui produisent les halos radio perdent rapidement leur énergie : ils ne devraient rayonner que pendant quelques centaines de millions d’années avant de s’éteindre. Or, ici, non seulement ils survivent, mais ils couvrent une région titanesque.
Les galaxies actives, qui alimentent parfois ces halos via des jets de plasma, ne suffisent pas à expliquer une telle portée. Le rayonnement dépasse largement l’influence de toute galaxie individuelle.
Des collisions titanesques comme moteur caché
L’équipe de chercheurs avance une autre hypothèse : les violents chocs causés par des fusions entre amas de galaxies seraient responsables de la réaccélération répétée des électrons. En traversant le gaz brûlant – chauffé à plus de 100 millions de degrés – ces ondes de choc et tourbillons géants redonnent de l’énergie aux particules vieillissantes, les maintenant actives sur des distances inouïes.
Une archive du chaos cosmique
Des indices supplémentaires proviennent des images en rayons X captées par le télescope Chandra de la NASA. En superposant ces données à la carte radio de MeerKAT, les scientifiques ont observé des formes angulaires, des queues en forme de comète et d’autres cicatrices laissées dans le gaz intergalactique. Ces structures trahissent un passé tumultueux, marqué par des fusions supersoniques et des perturbations violentes.
Chaque sursaut – qu’il s’agisse de chocs, de turbulences ou d’éruptions de trous noirs – pourrait avoir contribué à maintenir en vie ce gigantesque nuage de particules cosmiques.
Une fenêtre unique sur les champs magnétiques intergalactiques
Outre son ampleur spectaculaire, ce halo constitue un laboratoire naturel inédit pour étudier les champs magnétiques cosmiques. Leur origine et leur évolution restent mystérieuses, mais cette découverte permet de mieux cartographier leur intensité et leur structure.
Ces recherches pourraient notamment indiquer si les champs sont apparus dès les débuts de l’univers ou s’ils se sont formés plus tard, à mesure que les galaxies interagissaient.
Vers d’autres découvertes de halos géants ?
Cette trouvaille suggère que d’autres nuages de particules cachés pourraient se dissimuler dans les plus grands amas de l’univers, en attente d’être détectés par des télescopes plus sensibles. Les futurs instruments comme le Square Kilometre Array ou le Very Large Array nouvelle génération devraient permettre d’en recenser bien davantage.
À chaque nouvelle observation, les modèles de formation des galaxies, des amas et des structures à grande échelle devront intégrer ces réservoirs d’énergie invisibles, jusqu’alors ignorés.
Une plongée dans le passé de l’univers
Le rayonnement de PLCK G287.0+32.9 met cinq milliards d’années à nous parvenir. Autrement dit, cette lueur a été émise à l’époque où la Terre formait tout juste ses premiers océans. En observant cet amas en pleine effervescence, les astronomes saisissent une photographie cosmique de la manière dont la matière et l’énergie circulaient à l’échelle des plus grandes structures de l’univers.
« Nous sommes en train de découvrir l’univers sous un nouveau jour. Et cela nous oblige à repenser complètement la manière dont l’énergie et la matière se déplacent à travers ses structures géantes », conclut le Dr Rajpurohit.