Comment refroidir un phénix ?
Je ne parle pas des oiseaux mythologiques de feu et de renaissance, mais plutôt d’un homonyme cosmique au tempérament brûlant. Grâce au télescope spatial James Webb (JWST), les astronomes pourraient enfin avoir la réponse. Ils ont utilisé cet puissant instrument pour étudier le refroidissement extrême du gaz dans l’amas du phénix, un regroupement de galaxies liées par la gravité situé à environ 5,8 milliards d’années-lumière de la Terre. Les étoiles ne peuvent se former que lorsque le gaz est suffisamment froid pour se regrouper en amas de densité excessive, c’est pourquoi les scientifiques s’intéressent particulièrement à la formation des étoiles dans l’amas du Phénix. En effet, cette partie de l’univers forme des étoiles à une vitesse incroyable. Cette vitesse incroyable persiste malgré le fait qu’au cœur de l’amas du Phénix se trouve un trou noir supermassif dont la masse est 10 milliards de fois plus grande que celle du soleil. Ce monstre noir agit comme un accélérateur de particules naturel, chassant le gaz et le maintenant chaud – selon la théorie, cela devrait limiter la formation d’étoiles.
Cette contradiction apparente a fait du groupe du Phénix un objet de mystère. La nouvelle investigation du JWST pourrait enfin mettre fin à cette confusion, en s’appuyant sur une décennie d’études précédentes menées à l’aide du télescope spatial Hubble, de l’observatoire X-ray Chandra et de nombreux observatoires terrestres. Nous pouvons comparer nos études précédentes de l’amas du Phénix, qui ont révélé différents taux de refroidissement à différentes températures, à une piste de ski, a déclaré Michael McDonald du Massachusetts Institute of Technology à Cambridge et investigateur principal du programme, dans une déclaration. L’amas du Phénix possède la plus grande réserve de gaz chaud en cours de refroidissement de tous les amas de galaxies – comparable à avoir le télésiège le plus fréquenté, amenant le plus de skieurs au sommet de la montagne. Cependant, tous ces skieurs ne descendaient pas la montagne, ce qui signifie que tout le gaz ne se refroidissait pas à de basses températures. Si vous aviez une piste de ski où il y avait considérablement plus de skieurs qui descendaient du télésiège en haut que ceux qui arrivaient en bas, cela poserait problème ! Cette équipe pense que le JWST a finalement localisé ces skieurs disparus piégés au milieu de la montagne de température de l’amas du Phénix.
Les skieurs manquants sur la pente de l’amas du Phénix
En utilisant l’instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument) du JWST, l’équipe a collecté des données spectroscopiques 2D de la région du ciel contenant l’amas du Phénix, ce qui leur a permis d’étudier le noyau de ce regroupement de galaxies en détail. Cela a permis aux chercheurs de localiser le gaz de refroidissement manquant qui contribue à la formation des étoiles. Ils ont également découvert que ce gaz, avec une température d’environ 540 000 degrés Fahrenheit (300 000 degrés Celsius), se trouvait dans des cavités de l’amas du Phénix. Ces cavités comprennent à la fois le gaz incroyablement chaud, avec des températures de 18 millions de degrés Fahrenheit (10 millions de degrés Celsius), et le gaz refroidi, qui est à 18 000 degrés Fahrenheit (10 000 degrés Celsius). Les études précédentes ne mesuraient le gaz qu’aux extrêmes froid et chaud de la distribution de températures à travers le centre de l’amas, a déclaré McDonald. Nous étions limités – il n’était pas possible de détecter le gaz tiède que nous recherchions. Avec le JWST, nous pouvons le faire pour la première fois.
La sensibilité du MIRI a été renforcée dans cette enquête par un phénomène naturel dans l’amas du Phénix qui voit les atomes de néon et d’oxygène s’ioniser, ou être dépouillés d’électrons, dans des environnements similaires. Bien que l’oxygène ionisé soit beaucoup plus lumineux, il n’est visible que dans les longueurs d’onde ultraviolettes de la lumière. Le néon, bien que plus faible, émet de la lumière infrarouge, que le JWST a été construit pour voir.
Dans les longueurs d’onde moyennes infrarouges détectées par le JWST, la signature VI du néon était absolument éclatante, a déclaré le chef de l’équipe et chercheur au Massachusetts Institute of Technology, Michael Reefe, dans la déclaration. Même si cette émission est généralement plus difficile à détecter, la sensibilité du JWST dans le moyen infrarouge permet de surmonter tout le bruit.
Bien que l’amas du Phénix soit une conglomération unique de galaxies en ce qui concerne bon nombre de ses caractéristiques, l’équipe a maintenant pour objectif d’utiliser cette technique de preuve de concept et la sensibilité du MIRI pour étudier d’autres amas de galaxies également.
Les recherches de l’équipe ont été publiées le 5 février dans la revue Nature.
