La galaxie-tire-bouchon : comment un jet en spirale révèle l'empreinte magnétique des amas ✛ ✎
Au cœur de nombreuses galaxies se cache un trou noir supermassif qui éjecte des jets de plasma relativistes sur des centaines de kiloparsecs. L'un d'eux est la galaxie radio ESO 137-G007 dans l'amas de la Règle, connue sous le nom de « Galaxie-tire-bouchon » en raison de ses jets en spirale. Mais derrière cette spirale spectaculaire se cache une vieille question : où exactement le plan de polarisation des ondes radio est-il tourné — dans le jet lui-même, dans son enveloppe, ou dans le plasma intergalactique ? La réponse semble enroulée dans ces anneaux, tout comme un tire-bouchon porte l'empreinte du bouchon.
La solution est venue de l'analyse de la mesure de rotation de Faraday (RM), une grandeur qui dépend du champ magnétique et de la densité électronique le long de la ligne de visée. Les équations de James Clerk Maxwell rappellent que la rotation de la polarisation est indissociable de la vitesse de la lumière, qui tisse ensemble électricité et magnétisme. À l'aide du radiotélescope ASKAP, les astronomes ont construit une carte détaillée de la RM le long de l'axe du jet et ont appliqué une analyse périodogramme. On s'attendait à ce que la turbulence ordinaire produise des fluctuations aléatoires, mais la réalité s'est avérée plus stricte.
La surprise est venue de la carte des phases. Dans la partie est du jet, la RM et les courbures sont presque en phase — seulement 7.6% des modèles aléatoires de substitution donnent une corrélation plus élevée à décalage nul. À l'ouest, la corrélation est faible et la phase est décalée. L'interprétation est élégante : à l'est, le champ magnétique du cocon du jet domine, tandis qu'à l'ouest, c'est le champ turbulent du plasma intra-amas, riche en hydrogène et en hélium. Ainsi, le jet se transforme en une sonde magnétique différentielle qui indique elle-même où se trouve quelle contribution.
La méthode ouvre une nouvelle ère : avec la mise en service du SKA, des milliers de galaxies radio en tire-bouchon deviendront un laboratoire naturel du magnétisme. En comparant les cartes de RM avec la distribution de lentille gravitationnelle et de matière noire, signalée pour la première fois par Fritz Zwicky, nous pourrons relier la masse invisible aux champs magnétiques. Et comprendre comment les jets perdent leur stabilité et augmentent leur entropie rapprochera la solution de leur lancement — l'un des problèmes clés de l'astrophysique. Les jets en spirale ne sont pas une décoration cosmique, mais un magnétomètre fonctionnel que les futurs relevés transformeront en outil quotidien.
Le nom « Galaxie-tire-bouchon » (Corkscrew Galaxy) lui vient de sa ressemblance frappante avec une vis sans fin : son jet radio, long de près de 600 kiloparsecs, est enroulé en deux tours complets ! C'est l'un des plus longs jets en spirale connus dans l'Univers.