La galaxie de la Voie lactée possède son propre champ magnétique. Il est extrêmement faible par rapport à celui de la Terre; des milliers de fois plus faibles, en fait. Mais les astronomes veulent en savoir plus à ce sujet en raison de ce qu'il peut nous dire sur la formation des étoiles, les rayons cosmiques et une foule d'autres processus astrophysiques.
Une équipe d'astronomes de l'Université Curtin en Australie et du CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) ont étudié le champ magnétique de la Voie lactée, et ils ont publié le catalogue le plus complet de mesures du champ magnétique de la Voie lactée en 3D.
Le document est intitulé «Mesures de rotation de Faraday à basse fréquence vers les pulsars en utilisant LOFAR: sonder le champ magnétique halo galactique 3D». Il a été publié dans les avis mensuels de la Royal Astronomical Society en avril 2019. L'auteur principal est le Dr Charlotte Sobey, associée universitaire à l'Université Curtin. L'équipe comprend des scientifiques du Canada, d'Europe et d'Afrique du Sud.
L'équipe a travaillé avec LOFAR, ou le Low-Frequency Array, un radiotélescope européen. LOFAR travaille dans des fréquences radio inférieures à 250 MHz et se compose de nombreuses antennes réparties sur une zone de 1500 km en Europe, avec son cœur aux Pays-Bas.
L'équipe a rassemblé le plus grand catalogue à ce jour des intensités et directions des champs magnétiques vers les pulsars. Avec ces données en main, ils ont pu estimer la diminution de l'intensité du champ de la Voie lactée avec la distance du plan de la galaxie, où se trouvent les bras en spirale.
Dans un communiqué de presse, l'auteur principal Sobey a déclaré: «Nous avons utilisé des pulsars pour sonder efficacement le champ magnétique de la Galaxie en 3D. Les pulsars sont répartis dans toute la Voie lactée, et le matériau intervenant dans la galaxie affecte leur émission d'ondes radio. »
Les électrons libres et le champ magnétique dans notre galaxie entre le pulsar et nous affectent les ondes radio émises par les pulsars. Dans une interview par e-mail avec le Dr Sobey, elle nous a dit: "Bien que ces effets doivent être corrigés afin d'étudier les signaux des pulsars, ils sont vraiment utiles pour fournir des informations sur notre Galaxie qui ne seraient pas possibles autrement."
Au fur et à mesure que les ondes radio du pulsar traversent la galaxie, elles sont soumises à un effet appelé dispersion, dû aux électrons libres intermédiaires. Cela signifie que les ondes radioélectriques de fréquence plus élevée arrivent plus tôt que les ondes de fréquence inférieure. Les données du LOFAR permettent aux astronomes de mesurer cette différence, appelée «mesure de dispersion» ou DM. DM indique aux astronomes combien d'électrons libres se trouvent entre nous et le pulsar. Si la DM est plus élevée, cela signifie que le pulsar est plus éloigné ou que le milieu interstellaire est plus dense.
Ce n’est là qu’un des facteurs de la mesure du champ magnétique de la Voie lactée. L'autre concerne la densité électronique et le champ magnétique du milieu interstellaire.
Les émissions de pulsars sont souvent polarisées et lorsque la lumière polarisée traverse un plasma avec un champ magnétique, le plan de rotation tourne. Cela s’appelle Faraday Rotation ou l’effet Faraday. Les radiotélescopes peuvent mesurer cette rotation, et cela s'appelle la mesure de rotation Faraday (RM). Selon le Dr Sobey, «cela nous indique le nombre d'électrons libres et la force du champ magnétique parallèle à la ligne de visée, ainsi que la direction nette. Plus le RM absolu est élevé, plus il y a d'électrons et / ou de champs plus importants, en raison de distances plus grandes ou vers le plan de la Galaxie. »
Avec ces données en main, les chercheurs ont ensuite estimé la force moyenne du champ magnétique de la Voie lactée vers chaque pulsar du catalogue, en divisant la mesure de rotation par la mesure de dispersion. Et c'est ainsi qu'ils ont créé la carte. Chaque mesure pulsar unique représente un point sur la carte. Comme le Dr Sobey l'a déclaré à Space Magazine, «L'obtention de ces mesures pour un grand nombre de pulsars (qui ont des mesures ou des estimations de distance) nous permet de reconstruire une carte de la structure de la densité électronique galactique et du champ magnétique en 3D.»
Alors, à quoi ça sert d'avoir une carte de la structure magnétique de la Voie lactée en 3D?
Le champ magnétique de la galaxie affecte toutes sortes de processus astrophysiques à différentes échelles de force et de distance.
Le champ magnétique façonne le chemin suivi par les rayons cosmiques. Ainsi, lorsque les astronomes étudient une source éloignée de rayons cosmiques, comme un noyau galactique actif (AGN), connaître la force du champ magnétique peut les aider à comprendre leur objet d'étude.
Le champ magnétique de la galaxie joue également un rôle dans la formation des étoiles. Bien que l'effet ne soit pas entièrement compris, la force d'un champ magnétique peut affecter les nuages moléculaires. Sobey a déclaré à UT: "À des échelles plus petites (de l'ordre des parsecs), les champs magnétiques jouent un rôle dans la formation des étoiles, avec un champ trop faible ou trop fort dans un nuage moléculaire inhibant peut-être l'effondrement d'un nuage dans un système stellaire."
Ce nouveau catalogue est basé sur des observations de 137 pulsars dans le ciel nordique. Les auteurs disent que leur catalogue «améliore la précision des mesures RM existantes en moyenne par un facteur de 20…» Ils disent également «Dans l'ensemble, notre catalogue initial à basse fréquence fournit des informations précieuses sur la structure 3D du champ magnétique galactique».
Mais le Dr Sobey n’a pas encore fini de cartographier la force du champ magnétique de la Voie lactée. Elle utilise maintenant le Murchison Widefield Array d'Australie pour cartographier le champ magnétique dans le ciel austral. Et ces deux efforts de cartographie mènent à quelque chose de mieux.
Le plus grand radiotélescope du monde est actuellement en phase de planification. Il s’appelle le Square Kilometer Array (SKA) et il sera construit en Australie et en Afrique du Sud. Ses stations de réception s'étendront sur 3 000 kilomètres (1 900 milles) de son noyau central. Sa taille et sa distance massives entre les récepteurs nous donneront nos images les plus hautes résolutions dans toute l'astronomie.
Dans un article de blog du CSIRO, le Dr Sobey a déclaré: «Mon travail à l'avenir se concentrera sur la construction de la science avec le télescope SKA, qui entre actuellement dans les dernières étapes de la phase de planification. Un objectif à long terme pour la science SKA est de révolutionner notre compréhension de notre galaxie, notamment en produisant une carte détaillée de la structure de notre galaxie (ce qui est difficile car nous sommes situés à l'intérieur!), En particulier son champ magnétique. "
Le champ magnétique de la Voie lactée n'aura nulle part où se cacher.
Plus:
- Communiqué de presse: Cartographie du champ magnétique de notre galaxie
- Document de recherche: Mesures de rotation de Faraday à basse fréquence vers les pulsars à l'aide de LOFAR: sonde le champ magnétique halo galactique 3D
- Carte LOFAR interactive
