Les filaments d’hydrogène font 3900 années-lumière de long

Vue d’artiste de la Voie Lactée. Crédit : Pablo Carlos Bodassi

Il y a environ 13,8 milliards d’années, notre univers est né d’une gigantesque explosion qui a donné naissance aux premières particules subatomiques et aux lois de la physique telles que nous les connaissons. Après environ 370 000 ans, l’hydrogène s’est formé, l’élément de base des étoiles, qui fusionne l’hydrogène et l’hélium à l’intérieur pour former tous les éléments les plus lourds. Alors que l’hydrogène reste l’élément le plus répandu dans l’univers, les nuages ​​individuels d’hydrogène gazeux peuvent être difficiles à détecter dans le milieu interstellaire (ISM).

Cela rend difficile la recherche des premiers stades de la formation des étoiles, ce qui fournirait des indices sur l’évolution des galaxies et de l’univers. Une équipe internationale dirigée par des astronomes de Institut Max Planck d’astronomie (MPIA) a récemment remarqué la présence d’énormes filaments d’hydrogène gazeux atomique dans notre galaxie. Cette structure, appelée « Maggie », est située à environ 55 000 années-lumière (de l’autre côté de Voie Lactée) et est l’une des structures les plus hautes jamais observées dans notre galaxie.

L’étude décrivant leurs découvertes est récemment parue dans la revue Astronomie et astrophysiqueEt Dirigé par Jonas Seid, Ph.D. Étudiant à MPIA. Il a été rejoint par des chercheurs de l’Université de Vienne Centre d’astrophysique Harvard-Smithsonian (CFA), la Institut Max Planck de radioastronomie (MPIFR), Université de Calgary, Université de Heidelberg, Centre d’astrophysique et des sciences planétaires, la Argelander – Institut d’AstronomieL’Institut indien des sciences et NasaLaboratoire de propulsion à réaction (JPL)Laboratoire de propulsion à réaction).

La recherche est basée sur les données obtenues Enquête HI/OH/Ligne de recombinaison de la Voie lactée (THOR), un logiciel de surveillance basé sur Très grande collection de Karl G. Jansky (VLA) au Nouveau-Mexique. En utilisant les paraboles radio à ondes centimétriques du VLA, ce projet étudie la formation de nuages ​​moléculaires, la conversion des atomes en hydrogène moléculaire, le champ magnétique de la galaxie et d’autres questions liées à l’ISM et à la formation d’étoiles.

Le but ultime est de déterminer comment les deux isotopes d’hydrogène les plus courants convergent pour former des nuages ​​denses qui s’élèvent vers de nouvelles étoiles. Les isotopes comprennent l’hydrogène atomique (H), composé d’un proton, d’un électron et d’aucun neutron, et l’hydrogène moléculaire (H).₂) se compose de deux atomes d’hydrogène liés par une liaison covalente. Ces derniers ne se condensent qu’en nuages ​​relativement compacts qui développeront des régions givrées où de nouvelles étoiles finiront par apparaître.

Cette image montre une section de la vue latérale de la Voie lactée telle que mesurée par le satellite Gaia de l’Agence spatiale européenne. La bande sombre est constituée de gaz et de poussière, qui éteint la lumière des étoiles fusionnées. Le centre galactique de la Voie Lactée est indiqué à droite de l’image, et il brille brillamment sous la région sombre. La case à gauche du centre indique l’emplacement des fils « Maggie ». Montre la distribution de l’hydrogène atomique. Les couleurs indiquent différentes vitesses de gaz. Crédit : ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO & T. Müller/J. Syd/MPIA

Le processus de transition de l’hydrogène atomique à l’hydrogène moléculaire est encore largement méconnu, ce qui a fait de ce fil extrêmement long une découverte particulièrement passionnante. Alors que les plus grands nuages ​​de gaz moléculaire connus mesurent environ 800 années-lumière de long, Magi mesure 3 900 années-lumière de long et 130 années-lumière de large. Comme Syed l’a expliqué dans un récent MPIA communiqué de presse:

« Ce fil a contribué à ce succès. Nous ne savons pas encore exactement comment vous êtes arrivé là. Mais la chaîne s’étend à environ 1 600 années-lumière sous le plan de la Voie lactée. Les observations nous ont également permis de déterminer la vitesse de l’hydrogène gazeux. Cela nous a permis de montrer que les vitesses le long de la mèche ne diffèrent guère.« 

L’analyse de l’équipe a montré que le matériau du filament a une vitesse moyenne de 54 km/s^-1, qu’ils ont principalement déterminé en mesurant la rotation du disque de la Voie lactée. Cela signifie que le rayonnement a une longueur d’onde de 21 cm (alias « ligne hydrogèneIl était visible sur le fond cosmique, rendant la structure reconnaissable. » Les observations nous ont également permis de déterminer la vitesse de l’hydrogène gazeux », a déclaré Henrik Beuther, président de THOR et co-auteur de l’étude. « Cela nous a permis de montrer que les vitesses le long du filament diffèrent à peine.

Cette image en fausses couleurs montre la distribution de l’hydrogène atomique mesurée à une longueur d’onde de 21 cm. La ligne pointillée rouge trace les fils « Maggie ». crédit : C. Master / MPIA

De là, les chercheurs ont conclu que Maggi est une structure cohérente. Ces résultats ont confirmé les observations faites il y a un an par Juan de Soler, astrophysicien à l’Université de Vienne et co-auteur de l’article. Quand il a remarqué le fil, il l’a nommé le plus long fleuve de sa Colombie natale : le Río Magdalena (en anglais : Margaret, ou « Maggie »). Alors que Maggie aurait pu être identifiée dans l’évaluation précédente des données THOR par Soler, seule l’étude actuelle a démontré hors de tout doute raisonnable qu’il s’agit d’une structure cohérente.

Sur la base de données publiées précédemment, l’équipe a également estimé que Maggi contient 8% d’hydrogène moléculaire par une fraction de la masse. Après un examen plus approfondi, l’équipe a remarqué que le gaz convergeait en divers points le long du filament, ce qui les a amenés à conclure que l’hydrogène gazeux s’accumulait dans de gros nuages ​​​​à ces endroits. Ils ont également prédit que le gaz atomique se condenserait progressivement en une forme moléculaire dans ces environnements.

« Cependant, de nombreuses questions restent sans réponse », a ajouté Syed. « Les données supplémentaires, qui, nous l’espérons, nous donneront plus d’indices sur la fraction moléculaire du gaz, attendent déjà d’être analysées. » Heureusement, plusieurs observatoires spatiaux et terrestres seront bientôt opérationnels, ainsi que des télescopes qui seront équipés pour étudier ces filaments dans le futur. Ceux-ci inclus Télescope spatial James Webb (JWST) et des sondages radio tels que réseau de kilomètres carrés (SKA), qui nous permettra de visualiser la période la plus ancienne de l’univers (« aube cosmique”) et les premières étoiles de notre monde.

Publié à l’origine dans univers aujourd’hui.

Pour plus d’informations sur cette recherche, voir Une structure massive de filaments – 3 900 années-lumière de long – a été découverte dans la Voie lactée.

Référence : « Maggie filaments »: physical properties of a giant atomic cloud » par J. Syed, JD Soler, H. Beuther, Y. Wang, S. Suri, JD Henshaw, M. Riener, S. Bialy, S. Rezaei Kh ., JM Stil, PF Goldsmith, MR Rugel, SCO Glover, RS Klessen, J. Kerp, JS Urquhart, J. Ott, N. Roy, N. Schneider, RJ Smith, SN Longmore et H. Linz, 20 décembre 2021, Disponible ici. Astronomie et astrophysique.
DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 202141265