Les amas de galaxies, les plus grandes structures de l’univers liées par la gravité, entrent en collision avec une force immense, créant des ondes de choc qui s’étendent sur des millions d’années-lumière. Ces collisions génèrent des reliques radio : de vastes arcs d’émission radio alimentés par des électrons sous tension en spirale dans des champs magnétiques. Cependant, des observations récentes ont révélé des contradictions : des champs magnétiques étonnamment puissants, des écarts entre les mesures radio et radiologiques de la force de choc, et des ondes de choc qui semblent trop faibles pour expliquer l’émission radio observée.
Les chercheurs de l’institut AIP ont désormais résolu ces énigmes en utilisant une nouvelle approche de modélisation multi-échelle. Leurs travaux, publiés sur le serveur de préimpression arXiv, relient la physique des collisions d’amas de galaxies – s’étendant sur des milliards d’années-lumière – avec le comportement des électrons à des échelles mille milliards de fois plus petites.
La clé réside dans la façon dont les ondes de choc interagissent avec les bords extérieurs du cluster. Lorsqu’une onde de choc entre en collision avec le gaz entrant, elle comprime le matériau, formant une feuille dense qui se déplace vers l’extérieur. Cette feuille rencontre ensuite d’autres amas de gaz, créant des turbulences qui renforcent et tordent les champs magnétiques aux intensités observées. Ce processus explique les intensités étonnamment élevées du champ magnétique.
De plus, le modèle révèle pourquoi les observations radio et radiographiques sont en désaccord. L’émission radio provient des parties les plus résistantes du front de choc, tandis que les mesures de rayons X reflètent la force de choc moyenne et plus faible. L’écart n’est pas une contradiction ; c’est une conséquence de l’observation de différentes parties du même phénomène.
Enfin, l’étude démontre que même si la résistance moyenne aux chocs semble faible, les régions les plus fortes peuvent toujours dynamiser efficacement les électrons. Étant donné que la majeure partie des émissions radio provient de ces zones localisées de haute intensité, la théorie globale de l’accélération des électrons lors des chocs reste valable.
Cette avancée résout les énigmes de longue date entourant les reliques radio, en reliant la formation de structures à grande échelle à la physique fondamentale des particules. L’équipe de recherche prévoit de s’appuyer sur ce succès pour résoudre les mystères restants, approfondissant ainsi notre compréhension de ces environnements cosmiques extrêmes.
