Les bulles eROSITA de la Voie lactée sont grandes et distantes

En 2020, les astronomes ont découvert une grande structure en forme de sablier au centre ou à proximité de notre galaxie, la Voie lactée. Surnommées « bulles eROSITA », plusieurs hypothèses différentes ont été proposées pour expliquer leur nature précise. Aujourd’hui, une équipe de chercheurs chinois et européens a construit une carte haute résolution de la région et a découvert que deux des caractéristiques les plus importantes ne sont pas indépendantes.

Les bulles eROSITA sont considérées comme des structures bidimensionnelles détectées pour la première fois par le télescope à rayons X eROSITA qui se trouve à bord de l’observatoire spatial d’astrophysique de haute énergie russo-allemand Spectrum-X-Gamma envoyé en 2019. Leur forme était notamment similaire à celle des « bulles de Fermi » bombées hors du centre galactique, découvertes une décennie plus tôt.

Alors que les deux bulles de Fermi ont été observées en détectant les rayons gamma et les rayons X qu’elles émettent, les bulles eROSITA ont été considérées comme des rayons X mous, des photons hautement énergétiques mais avec moins d’énergie que les rayons X utilisés pour imager les os et beaucoup moins énergétiques que les rayons gamma.

Les bulles eROSITA sont globalement plus grosses et plus énergétiques que les bulles de Fermi, avec des lobes quasi-circulaires au-dessus et au-dessous du plan de la Voie lactée, avec deux caractéristiques proéminentes dans la bulle nord : l’éperon polaire nord (NPS) et le nuage de pétales de lotus. (LPC). Sur une carte radiographique bidimensionnelle, ceux-ci apparaissent comme deux éléments distincts, et il pourrait s’agir de deux structures tridimensionnelles distinctes qui, par hasard, constituent une bulle bidimensionnelle.

Deux hypothèses contradictoires ont été avancées pour expliquer les bulles d’eROSITA : soit une paire de bulles géantes de l’échelle de 10 000 parsecs soufflées par le centre galactique, soit une structure de l’échelle de 100 parsecs dans la région du soleil, située par coïncidence dans la direction du centre galactique. (Un parsec correspond à 3,26 années-lumière.) La structure tridimensionnelle des bulles d’eROSITA est inconnue ; comme elles sont bidimensionnelles, elles apparaissent comme l’ombre possible d’un autre phénomène.

“L’énergie impliquée dans ces deux images diffère de trois à quatre ordres de grandeur”, a déclaré Teng Liu, astronome à l’Université des sciences et technologies de Chine à Hefei et auteur principal de la nouvelle étude. “Ainsi, la solution a des conséquences importantes sur la structure et l’histoire de la Voie Lactée.”

Bien que les astronomes n’aient pas pu déterminer la distance aux émissions de rayons X de la bulle eROSITA, ils ont mesuré la distance aux nuages ​​poussiéreux qui font partie de la Voie lactée. Une étude antérieure menée par Liu a effectivement découvert trois nuages ​​​​poussiéreux isolés à une distance de 500 à 800 parsecs, dont la forme correspond parfaitement aux ombres des rayons X sur les bulles d’eROSITA, ce qui implique que les bulles sont encore plus éloignées. Un front de choc émettant des ondes radio polarisées relie le North Polar Spur et le Lotus Pedal Cloud.

Ces travaux ont également révélé que la bordure extérieure de la bulle nord d’eROSITA peut être facilement expliquée comme un modèle tridimensionnel biaisé enraciné au centre galactique et ont conclu que l’échelle des bulles eROSITA est d’environ 10 000 parsecs, établie au centre galactique.

Pour régler cette question de perspective, Liu et ses coéquipiers ont évité d’analyser le corps principal des bulles eROSITA. Ils se sont concentrés sur la question de savoir si les bulles sont une bulle géante et lointaine ou une petite structure proche du soleil. Au lieu de calculs quantitatifs, “nous relevons simplement quelques caractéristiques morphologiques à l’oeil nu”, a déclaré Liu, “dont l’existence constitue un point fort pour répondre à la question”.

En particulier, à partir de la forme projetée des nuages ​​de poussière tridimensionnels, il a été possible de conclure que le NPS et le LPC étaient éloignés, à au moins 1 000 parsecs. Des arcs d’émission radio ont été trouvés dans la région sombre entre ces deux structures (« sombre » signifiant une absence de rayons X) et ont été attribués à l’onde de choc du front de la bulle. La correspondance entre la bordure extérieure du NPS et du LPC a permis de déterminer la bordure nord de la bulle.

Cette définition de la frontière peut facilement être décrite comme une tangente à une ligne de visée du modèle de coupe tridimensionnelle enraciné dans le centre galactique. À partir de cela, le groupe a conclu que le NPS et le LPC n’étaient pas des entités indépendantes et distantes mais constituées d’une seule bulle géante. Ils ont déterminé que la bulle nord d’eROSITA est très probablement la bulle de 10 000 parsecs dont la racine se trouve au centre galactique, soufflée par injection d’énergie.

La frontière de la bulle sud n’est pas aussi bien définie que celle de la bulle nord, en raison d’émissions de rayons X plus faibles et de certaines caractéristiques complexes observées dans le spectre radioélectrique. Elle semble plus allongée et moins inclinée que la bulle nord. Il est donc impossible de déterminer si la « coupe » sud mentionnée ci-dessus est ouverte ou si elle se ferme réellement en une bulle.

La relative simplicité de la méthodologie visuelle utilisée montre que, selon Liu, “pour résoudre un problème, ce dont on a besoin n’est pas nécessairement un diplôme de docteur, mais une idée”.

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