Les chercheurs ont trouvé des nuages de gaz froid intégrés profondément dans des nuages de gaz surchauffés plus grands – ou des bulles de Fermi – au centre de la voie lactée. La découverte remet en question les modèles actuels de la formation de bulles de Fermi et révèle que les bulles sont beaucoup plus jeunes que prévu.
« The Fermi bubbles are enormous structures of hot gas that extend above and below the disk of the Milky Way, reaching about 25,000 light years in each direction from the galaxy's center—spanning a total height of 50,000 light years, » says Rongmon Bordoloi, associate professor of physics at North Carolina State University and corresponding author of the research published in Les lettres de journal astrrophysique.
« Les bulles de Fermi sont une découverte relativement récente – elles ont d'abord été identifiées par des télescopes qui« voient »les rayons gamma en 2010 – il y a des théories différentes sur la façon dont cela s'est produit, mais nous savons que c'était un événement extrêmement soudain et violent, comme une éruption volcanique mais à une échelle massive.
Bordoloi et l'équipe de recherche ont utilisé le télescope de Banque verte de la National Science Foundation (NSF GBT) pour observer les bulles Fermi et obtenir des données haute résolution sur la composition du gaz à l'intérieur et la vitesse à laquelle il se déplace. Ces mesures étaient deux fois plus sensibles que les enquêtes sur radiotélescope précédentes des bulles de Fermi et leur ont permis d'observer des détails plus fins dans les bulles.
La majeure partie du gaz à l'intérieur des bulles de Fermi est d'environ 1 million de degrés Kelvin. Cependant, l'équipe de recherche a également trouvé quelque chose de surprenant: des nuages denses d'hydrogène neutre, chacun mesurant plusieurs milliers de masses solaires, parsemé dans les bulles de 12 000 années-lumière au-dessus du centre de la Voie lactée.
« Ces nuages d'hydrogène neutre sont froids, par rapport au reste de la bulle de Fermi », explique Andrew Fox, astronome Esa-Aura au Space Telescope Science Institute et co-auteur de l'article.
« Ils sont à environ 10 000 degrés Kelvin, si cool que leur environnement par au moins un facteur de 100. Trouver ces nuages dans la bulle de Fermi, c'est comme trouver des glaçons dans un volcan. »
Leur existence est surprenante car l'environnement chaud (plus d'un million de degrés Kelvin), un environnement à grande vitesse de la sortie nucléaire aurait rapidement détruit tout gaz plus frais.
« Des modèles informatiques de gaz frais interagissent avec le gaz de sortage chaud dans des environnements extrêmes comme les bulles de Fermi montrent que les nuages frais doivent être rapidement détruits, généralement en quelques millions d'années, une échelle de temps qui s'aligne sur les estimations indépendantes de l'âge des bulles de Fermi », explique Bordoloi. «Il ne serait pas possible que les nuages soient présents du tout si les bulles de Fermi avaient 10 millions d'années ou plus.
« Ce qui rend cette découverte encore plus remarquable, c'est sa synergie avec les observations ultraviolets du télescope spatial Hubble (HST) », explique Bordoloi. « Les nuages se trouvent le long d'une ligne de vue précédemment observée avec HST, qui a détecté des gaz multiphase hautement ionisés, allant des températures d'un million à 100 000 Kelvin, ce que vous attendez de voir si un gaz froid se fait évaporer. »
L'équipe a également pu calculer la vitesse à laquelle les gaz se déplacent, ce qui a encore confirmé l'âge.
« Ces gaz se déplacent à environ un million de miles par heure, ce qui marque également les bulles de Fermi comme un développement récent », explique Bordoloi. « Ces nuages n'étaient pas là lorsque les dinosaures ont parcouru la Terre. Dans les échelles de temps cosmiques, un million d'années sont les yeux d'un œil. »
« Nous pensons que ces nuages froids ont été emportés par le centre de la voie lactée et transportés en l'air par le vent très chaud qui a formé les bulles de Fermi », explique Jay Lockman, astronome de l'Observatoire de la Banque verte et co-auteur du journal. « Tout comme vous ne pouvez pas voir le mouvement du vent sur Terre à moins qu'il y ait des nuages pour le suivre, nous ne pouvons pas voir le vent chaud de la Voie lactée mais peut détecter les émissions radio des nuages froids qu'il transporte. »
Cette découverte remet en question la compréhension actuelle de la façon dont les nuages froids peuvent survivre à l'environnement énergétique extrême du centre galactique, en plaçant de fortes contraintes empiriques sur la façon dont les sorties interagissent avec leur environnement. Les résultats fournissent une référence cruciale pour les simulations de rétroaction et d'évolution galactiques, remodelant notre vision de la façon dont l'énergie et la matière traversent les galaxies.
