Les explosions stellaires gonflent d'immenses bulles gamma express
Au cœur de la Voie lactée bouillonne une immense marmite stellaire. Des étoiles massives y naissent et y meurent : chaque mort est une explosion de supernova qui projette dans l'espace des nuages de particules chargées. Ces particules, accélérées à près de la vitesse de la lumière, entrent en collision avec le gaz et le rayonnement, émettant une lumière gamma, la plus énergétique de la nature. Ainsi, au-dessus du plan de la galaxie, se gonflent deux bulles hautes de dizaines de milliers d'années-lumière, comme des bulles de vapeur au-dessus d'une eau bouillante. Elles ont été repérées par le télescope Fermi dès 2010, mais ce n'est que maintenant qu'un modèle informatique a montré que le trou noir n'y est pour rien. La vie trépidante des étoiles ordinaires suffit. De plus, différentes régions des bulles brillent de manière distincte, selon la façon dont les particules perdent de l'énergie. Cet « arc-en-ciel » en rayons gamma s'appelle le spectre. Le plus surprenant : les bulles ne sont pas un gaz chaud, mais la lueur de particules accélérées à près de la vitesse de la lumière. Et la simulation a aussi prédit que là où il y a une émission gamma, il devrait y avoir aussi des ondes radio et des rayons X. Désormais, les astronomes savent où pointer leurs télescopes.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2510.14908
For the first time, we show in MHD simulations with cosmological initial conditions that bi-lobed gamma-ray outflows similar to the Fermi bubbles can form from star formation and supernova feedback, without involvement from active galactic nuclei (AGN). We use simulations run with full MHD and dynamical, on-the-fly multi-species cosmic ray transport in MeV-TeV energy bins to model gamma-ray emission in Milky Way-mass spiral galaxies from neutral pion decay, relativistic non-thermal Bremsstrahlung, and inverse Compton scattering. We find that these gamma-ray outflows are present in all three Milky-Way mass simulated galaxies. The amplitude, shape, and the composition of the gamma-ray spectrum of these bubbles fluctuates over time, with lepton-dominated and hadron-dominated phases. Spectra in which there is O(1) more gamma-ray flux from inverse Compton scattering than neutral pion decay are a good fit to the measured Fermi-LAT spectrum. Additionally, these simulations predict multi-wavelength features in soft x-rays and synchrotron radio, potentially providing new observational signatures that can connect the circumgalactic medium to cosmic ray physics and activity in the galactic center.
Contrairement à l'intuition, la lumière des bulles n'est pas produite par la chaleur, mais par des particules filant à près de la vitesse de la lumière.