Au début des années 1960, la combinaison des observations des radiotélescopes et des télescopes observant dans le visible nous a révélé l’existence des quasars. On pouvait donc s’attendre à de nouvelles découvertes en associant aujourd’hui les observations du télescope spatial James-Webb – le JWST de la Nasa – avec des données collectées par d’autres grands instruments dans le domaine radio comme l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ou Alma (en français, le grand réseau d’antennes millimétrique-submillimétrique de l’Atacama) et MeerKAT.

Rappelons que MeerKAT, à l’origine le Karoo Array Telescope, est un radiotélescope opérationnel depuis 2018, composé de 64 antennes situées dans le parc national Meerkat en Afrique du Sud. Il a été construit en prélude au Square Kilometer Array (SKA), un projet de radiotélescope géant présenté dans la vidéo ci-dessus, de surface collectrice équivalente à un kilomètre carré, comme son nom l’indique. Il sera constitué de plusieurs réseaux à synthèse d’ouverture interférométriques dans les longueurs d’onde métriques et centimétriques  sur deux sites, en Afrique du Sud et en Australie.

Dans deux articles, publiés dans The Astrophysical Journal, des astrophysiciens font état justement d’études menées avec MeerKAT et le JWST, mais aussi en s’appuyant sur les données infrarouges du télescope spatial Spitzer, de la mission Sofia (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) de la Nasa et de l’observatoire spatial Herschel de l’ESA. Elles jettent une lumière nouvelle sur une énigme au centre de la Voie lactée, plus précisément dans une partie de la fameuse Central Molecular Zone (Zone moléculaire centrale ou ZMC en français), une région qui s’étend au centre de la Galaxie et se trouve donc dans la constellation du Sagittaire.

Une électrodynamique cosmique

L’étude se concentrait plus précisément sur une partie de la ZMC, la nurserie stellaire Sagittarius C à environ 200 années-lumière du trou noir supermassif de la Voie lactée identifié à la radio-source Sagittarius A*. Il s’agit là aussi d’une région occupée par des nuages moléculaires denses, froids et poussiéreux. Il s’y forme bien des étoiles, mais nettement moins que prévu naïvement en se basant sur des considérations théoriques simples.

L’explication, aujourd’hui avancée par les astrophysiciens, n’est en fait guère compliquée. Bien sûr, comme Futura l’avait expliqué dans un précédent article, on sait bien qu’au tout début du XIX^e siècle, Lagrange, Laplace, Gauss et Hamilton ont développé la mécanique céleste au point de permettre à Le Verrier de faire la découverte de la planète Neptune uniquement par le calcul. Cette mécanique sera renouvelée par Poincaré qui sera le premier à y montrer l’existence des instabilités que l’on décrit aujourd’hui avec la théorie du chaos.

Mais, il n’y a pas que les forces de gravitation qui comptent dans le monde des astres, que ce soit à l’échelle de la Terre, du Système solaire ou des galaxies. C’est pour cette raison que le XX^e siècle a vu, lui, le développement d’une véritable électrodynamique cosmique, pour reprendre le nom d’un célèbre ouvrage du prix Nobel de physique Hannes Alfvén. On prendra alors en compte l’existence du quatrième état de la matière qu’est le plasma, ainsi que les effets des champs magnétiques sur les fluides chargés au sein de la fameuse théorie de la magnétohydrodynamique, en particulier.

La mécanique des fluides, chargés ou non, est bien sûr d’une grande importance en astrophysique et on ne s’est pas privé d’interpréter l’existence des galaxies spirales comme un fossile de l’état turbulent de la matière à la fin du Big Bang. Toutefois, cette théorie a été abandonnée et l’on sait maintenant que la structure spirale des galaxies est due à des ondes de densité, un peu comme des vagues à la surface de l’eau, dans le gaz d’étoiles auto-gravitant, contenu dans les disques des galaxies spirales.

La région de formation d’étoiles Sagittarius C, capturée par le télescope spatial James-Webb, se trouve à environ 200 années-lumière du trou noir supermassif central de la Voie lactée, Sagittarius A*. L’indice spectral en bas à gauche montre comment la couleur a été attribuée aux données radio de MeerKAT pour créer l’image. Du côté négatif, on observe une émission non thermique, stimulée par les électrons en spirale autour des lignes de champ magnétique. Du côté positif, l’émission thermique provient du plasma chaud et ionisé. Pour Webb, la couleur est attribuée en décalant le spectre infrarouge vers les couleurs de la lumière visible. Les longueurs d’onde infrarouges les plus courtes sont plus bleues, et les longueurs d’onde plus longues apparaissent plus rouges. © Nasa, ESA, CSA, STScI, SARAO, Samuel Crowe (UVA), John Bally (CU), Ruben Fedriani (IAA-CSIC), Ian Heywood (Oxford)

Mais, là encore, le cosmos est plein de surprises pour nous, car on a montré depuis des décennies que des lignes de champ magnétique s’enroulaient en suivant les bras galactiques. Nul doute que l’étude des plasmas interstellaires et des champs magnétiques dans ces plasmas soit précieuse pour comprendre et modéliser les galaxies.

De fait, les lois de l’électrodynamique cosmique nous avaient permis de comprendre que des champs magnétiques dans un nuage moléculaire en cours d’effondrement et d’échauffement par compression se comportent comme une densité d’énergie, et plus précisément comme une pression s’opposant à la formation complète d’une proto-étoile dans certains cas.

Il apparaît maintenant qu’il existe bel et bien des champs magnétiques dans Sagittarius C et que ce sont eux qui tendent à inhiber la formation stellaire !

C’est ce qu’explique, dans un communiqué de la Nasa, l’astrophysicien John Bally de l’Université du Colorado à Boulder : « Une grande question se pose dans la zone moléculaire centrale de notre Galaxie : si l’on y trouve autant de gaz dense et de poussière cosmique, et si l’on sait que les étoiles se forment dans de tels nuages, pourquoi si peu d’étoiles y naissent-elles ? Pour la première fois, nous constatons directement que les champs magnétiques intenses pourraient jouer un rôle important dans la suppression de la formation d’étoiles, même à petite échelle. »

En fait, les images prises par Webb dans l’infrarouge en 2023 et concernant Sagittarius C ont montré des dizaines de filaments dans une région avec du plasma d’hydrogène chaud entourant le principal nuage de formation d’étoiles. Une nouvelle analyse menée par Bally et son équipe les a conduits à émettre l’hypothèse que ces filaments sont façonnés par des champs magnétiques, également observés par le passé par les observatoires terrestres Alma et MeerKAT. La pression magnétique présente y expliquerait donc le taux de formation d’étoiles plus faible que prévu de Sagittarius C.

« Le mouvement du gaz tourbillonnant sous l’effet des forces de marée extrêmes du trou noir supermassif de la Voie lactée, Sagittarius A*, peut étirer et amplifier les champs magnétiques environnants. Ces champs, à leur tour, façonnent le plasma de Sagittarius C », précise Bally.

« Il s’agit d’un domaine de recherche prometteur, car l’influence des champs magnétiques puissants, au centre de notre Galaxie ou d’autres galaxies, sur l’écologie stellaire n’a pas encore été pleinement prise en compte », ajoute son collègue et co-auteur Samuel Crowe.

Par FUTURA