L’univers magnétique, et la plus grande carte des champs magnétiques cosmiques réalisée à ce jour

Source: The Conversation – France in French (2) – By Alec Thomson, SKA-Low Commissioning Scientist, Square Kilometre Array Observatory; and Affiliate, Space and Astronomy, CSIRO

Une carte des champs magnétiques cosmiques a été réalisée avec un télescope radio australien, le plus puissant du monde.

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On ne les voit pas, alors il est parfois difficile de s’en rendre compte, mais les champs magnétiques sont un ingrédient fondamental de l’Univers. Ils régissent la manière dont les petites particules – qui constituent les planètes, les étoiles et les galaxies – se déplacent dans l’espace.

Si nous ne savons toujours pas comment les champs magnétiques sont apparus dans l’univers, nous savons qu’ils sont omniprésents. La Terre elle-même possède un champ magnétique auquel réagissent les boussoles et les oiseaux migrateurs.

Dans notre étude publiée récemment dans les Publications of the Astronomical Society of Australia, nous avons utilisé le radiotélescope le plus puissant d’Australie pour créer la carte la plus grande et la plus détaillée des champs magnétiques cosmiques jamais réalisée.

En effet, grâce aux radiotélescopes, les astronomes peuvent détecter la lumière dans le domaine des ondes radio, provenant de galaxies lointaines, et ainsi imager ces zones de l’espace qui seraient autrement invisibles.

Des batteries géantes qui contrôlent les galaxies

Les champs magnétiques varient considérablement à travers l’univers. Les objets extrêmement denses, tels que les étoiles à neutrons et les trous noirs, possèdent des champs magnétiques des milliers de milliards de fois plus puissants que celui de la Terre.

Dans l’espace interstellaire, nous avons également mesuré des champs magnétiques un million de fois plus faibles que celui de la Terre. Malgré leur faiblesse, nous savons que ces champs jouent un rôle crucial dans l’évolution des galaxies. Ils agissent comme des batteries géantes et stockent d’énormes quantités d’énergie, ralentissant, voire empêchant, la formation de nouvelles étoiles.

Comme, pour nous, les champs magnétiques sont invisibles, les astronomes n’ont d’autre choix que d’utiliser la lumière provenant d’étoiles et de galaxies lointaines afin de détecter les champs magnétiques cosmiques. En effet, la lumière est une onde composée de champs électriques et magnétiques (d’où le nom de « spectre électromagnétique »).

Lorsque la lumière traverse l’univers, elle interagit avec tous les champs magnétiques qu’elle traverse. Cela modifie la direction dans laquelle la lumière oscille – c’est ce que l’on appelle la « polarisation ». Ainsi, une lumière oscillant de haut en bas présente une polarisation différente de celle d’une lumière oscillant d’un côté à l’autre.

Les astronomes peuvent détecter cette polarisation, en particulier lorsqu’ils observent le ciel dans le domaine des ondes radio – ondes qui font partie du spectre électromagnétique.

Voir l’invisible

Les télescopes australiens sont à la pointe de la radioastronomie et de la détection des champs magnétiques depuis leur toute première détection. Murriyang, le radiotélescope de Parkes du Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), c’est-à-dire l’organisme gouvernemental australien pour la recherche scientifique, a été le premier à détecter la torsion de la polarisation de la lumière provenant de champs magnétiques situés au-delà de la Terre… en 1962.

Depuis lors, les astronomes s’efforcent de trouver de plus en plus de sources qui nous révèlent cette lumière torsadée. Avec suffisamment de mesures, nous pouvons créer une carte des champs magnétiques de l’univers.

Chaque point de la carte correspond à un objet détecté par notre télescope, et la lumière de cet objet a mis en évidence les champs magnétiques situés entre nous et cette source lointaine. Plus nous détectons de sources, plus notre carte devient détaillée.

La dernière grande carte des champs magnétiques a été réalisée en 2009. Elle n’a pas eu de véritable successeur au cours des 17 années qui se sont écoulées depuis, ce qui a limité la profondeur et la portée des recherches menées par les astronomes.

Dans différentes régions de l’univers, y compris notre propre Voie lactée, nous ne comprenons pas encore pleinement l’intensité et la structure des champs magnétiques cosmiques. Non seulement nous ignorons comment ils sont apparus, mais nous ne savons pas non plus comment ils ont évolué depuis le Big Bang.

Pour commencer à résoudre ces problèmes, nous aurons besoin d’une nouvelle génération de radiotélescopes.

Un télescope conçu pour la vitesse

Et justement, la radioastronomie connaît actuellement une véritable révolution avec la construction de l’observatoire SKA en Afrique du Sud et en Australie. Toute une génération de télescopes, appelés « précurseurs » et « pionniers », est déjà opérationnelle à travers le monde et prépare l’arrivée de SKA.

Le radiotélescope ASKAP fait partie de ces précurseurs. Situé à Inyarrimanha Ilgari Bundara, au sein de l’observatoire de radioastronomie Murchison du CSIRO sur le territoire Wajarri Yamaji en Australie de l’Ouest, il est composé de 36 antennes paraboliques de 12 mètres chacune. Chacune de ces antennes peut observer simultanément une vaste portion du ciel, offrant ainsi aux astronomes une vue très large de l’univers.

Le projet phare visant à cartographier les champs magnétiques de l’univers est connu sous le nom de Polarisation Sky Survey of the Universe’s Magnetism (POSSUM).

En préparation de ce projet, l’équipe du télescope a réalisé les « Rapid ASKAP Continuum Surveys » (RACS). Il s’agit en quelque sorte de réaliser un atlas de l’univers. Les versions les plus récentes de ces relevés ont permis d’identifier près de quatre millions de galaxies lointaines, dont environ deux millions qui n’avaient jamais été observées auparavant.

Le ciel magnétique

Notre nouvelle carte, baptisée SPICE-RACS, est le fruit d’une collaboration entre les deux équipes chargées de ces relevés.

Notre objectif était d’observer chaque galaxie repérée par RACS et de détecter les signes de variation de polarisation provoqués par les champs magnétiques. En utilisant la dernière version de l’atlas RACS, nous avons sélectionné 350 000 galaxies parmi les quatre millions pouvant être utilisées à cette fin.

Notre ensemble de sources est près de dix fois plus grand que le plus grand ensemble précédent, et cinq fois plus grand que l’ensemble de toutes les observations antérieures combinées.

Sur la carte, les couleurs rouges indiquent les champs magnétiques orientés vers nous, et les bleues ceux orientés dans la direction opposée, à l’instar du nord et du sud d’une boussole. La plupart des structures tourbillonnantes et bouillonnantes que l’on peut observer proviennent de notre propre galaxie, la Voie lactée. Les détails les plus fins de la carte révèlent les signatures de régions encore plus lointaines de l’univers.

Cette nouvelle carte ouvre déjà la voie à de nouvelles découvertes scientifiques à travers le monde, et les données sont en ligne, à la disposition de la communauté scientifique. À l’avenir, nous prévoyons de combiner toutes les versions du RACS afin de créer une carte encore plus vaste et plus détaillée.

Parallèlement, le projet POSSUM devrait achever ses observations d’ici 2030. La carte magnétique encore plus précise issue de ce relevé ouvrira une nouvelle fenêtre sur les champs magnétiques cosmiques lointains, et elle nous permettra de remonter encore plus loin dans l’histoire de l’Univers.

Alec Thomson ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d’une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n’a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.

– ref. L’univers magnétique, et la plus grande carte des champs magnétiques cosmiques réalisée à ce jour – https://theconversation.com/lunivers-magnetique-et-la-plus-grande-carte-des-champs-magnetiques-cosmiques-realisee-a-ce-jour-284571