Des trous noirs supermassifs au cœur des galaxies peuvent faire exploser des ondes de gaz chaudes et turbulentes à travers le cosmos, gardant les amas de galaxies en vie grâce à leur chaleur.
Et pour la première fois, les astrophysiciens croient avoir vu cette turbulence en action.
Observez un amas de galaxies massives et vous verrez des gaz chauds tourbillonner en son cœur, remplissant l'espace entre les étoiles et les galaxies. Mais il y a un mystère à propos de ce gaz. Comment ça reste si chaud? Des modèles simples suggèrent qu'il devrait perdre de l'énergie beaucoup plus rapidement qu'il ne le fait et que la gravité devrait commencer à lier l'ensemble du nuage en étoiles dans environ un milliard d'années après sa formation. Ces étoiles s'éteindraient à leur tour et la galaxie mourrait avec elles. Les astrophysiciens appellent ce processus «refroidissement catastrophique». Mais cela n'arrive pas.
Il s'avère que, en 2005, les chercheurs ont trouvé une explication partielle à pourquoi pas. Ils ont trouvé des bulles se formant dans ces nuages de gaz denses, des cavités géantes dans l'espace - certaines aussi grandes que la Voie lactée. Ces bulles géantes s'éloignaient des trous noirs supermassifs des centres galactiques et, à leur tour, ont écrit les chercheurs, semblaient empêcher un refroidissement catastrophique.
Mais la question restait: comment toute cette énergie se transfère-t-elle dans le gaz autour des bulles? Dans un nouvel article, publié dans la base de données arXiv le 18 novembre (l'article n'a pas encore franchi le processus officiel d'examen par les pairs), les chercheurs rapportent des preuves de turbulence autour des bulles: tourbillons et tourbillons qui dérivent de plus petits tourbillons et tourbillons, qui tournent de plus petits tourbillons encore. Au fil du temps, selon la théorie, ce comportement chaotique atteint le niveau microscopique, où il se dissipe sous forme de chaleur.
"Vous pouvez imaginer la bulle comme une cuillère qui remue le thé chaud", a déclaré à Live Science Yuan Li, astrologue principal de l'étude, un astrophysicien de l'Université de Californie à Berkeley.
La cuillère crée un "mouvement en vrac" du thé, mais sortez la cuillère et vous remarquerez que de plus petits tourbillons se forment dans le liquide, ce qui crée des tourbillons encore plus petits. Lorsque les tourbillons cessent de tourner, c'est parce que leur énergie s'est transformée en chaleur, a-t-elle déclaré. Dans une tasse sur votre table, le chauffage n'est pas très dramatique; vous auriez du mal à faire bouillir de l'eau simplement en l'agitant. Mais l'énergie des bulles qui se déplacent dans l'espace est beaucoup plus intense et il semble que la turbulence en convertisse une fraction importante de l'énergie cinétique en chaleur.
Li et ses co-auteurs n'ont fait aucune nouvelle observation pour trouver la turbulence. Au lieu de cela, ils l'ont repéré dans les données déjà disponibles des amas de galaxies Perseus, Abell 2597 et Virgo.
Des filaments de gaz plus frais traversent les nuages au centre de ces galaxies, a déclaré Li. Ces données incroyablement précises et à haute résolution ont permis à Li de faire une carte de la vitesse à laquelle le gaz se déplaçait à chaque point et dans quelle direction.
Cette carte thermique montre un schéma clair de turbulence. "Dans un mode de turbulence, il y a de gros tourbillons faisant de petits tourbillons faisant des tourbillons encore plus petits. Vous avez une belle cascade", a déclaré Li.
La "belle cascade" semblait apparaître au centre de chaque amas de galaxies.
"Je ne m'attendais pas à cela, personne ne s'y attendait", a-t-elle déclaré.
Même les plus petits tourbillons sont à une échelle inimaginable, suffisamment grands pour avaler facilement notre système solaire. Après tout, a déclaré Li, ils se déroulent dans une quantité de "poubelles denses pleines de galaxies". Brian McNamara, auteur principal du document Nature 2005 qui a d'abord suggéré que les bulles pourraient réchauffer ces gaz, a déclaré qu'il trouvait la nouvelle découverte fascinante, mais avait des réserves.
"Tout cela est très intéressant. Mais ce n'est pas concluant pour moi. Je ne suis pas complètement convaincu", a déclaré McNamara à Live Science. McNamara, président du Département de physique et d'astronomie de l'Université de Waterloo au Canada, a déclaré que le problème le plus important est que les cascades que Li et ses collègues ont trouvées ne correspondent pas tout à fait à ce que vous attendez de la turbulence seule. Cela suggère que d'autres effets pourraient être à l'œuvre, ont écrit les auteurs de l'étude, ou peut-être qu'il existe une physique inconnue régissant le comportement de la turbulence dans ces conditions extrêmes.
McNamara s'est également demandé si les chercheurs avaient complètement démêlé les effets d'autres types de mouvements dans les gaz de la vraie turbulence.
Il a également souligné que certains théoriciens soupçonnent que la turbulence peut en fait refroidir le gaz plus qu'il ne le chauffe.
Cela dit, a-t-il ajouté, il s'agit d'un bon article auquel participent de nombreux bons chercheurs.
"Je pense simplement qu'il y a encore du travail à faire."
