SPICE-RACS : une carte inédite révèle les champs magnétiques cachés du cosmos

Comment cette carte a-t-elle été créée ? ASKAP et la technique de la rotation de Faraday

L’instrument : le radiotélescope ASKAP

La carte a été produite grâce au radiotélescope Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP), opéré par le CSIRO, l’agence scientifique nationale australienne. Cet instrument est situé à l’observatoire de radioastronomie de Murchison, sur les terres des Wajarri Yamaji (Australie-Occidentale) .

Les capacités uniques d’ASKAP ont rendu ce relevé possible :

• Son large champ de vision et son système de rotation des paraboles lui permettent de balayer d’immenses zones du ciel rapidement et en profondeur .
• Les données proviennent de la troisième époque basse fréquence du Rapid ASKAP Continuum Survey (RACS-low3), réalisé à une fréquence centrale de 887,5 MHz .

Le principe physique : l’effet Faraday

Le cœur de la méthode repose sur un phénomène découvert par Michael Faraday au XIXe siècle : la rotation de Faraday. Quand une onde radio polarisée linéairement traverse un plasma magnétisé (comme le gaz situé entre les étoiles ou entre les galaxies), son plan de polarisation subit une rotation .

Le degré de rotation est proportionnel au produit de l’intensité du champ magnétique et de la densité d’électrons libres le long de la ligne de visée. Ce produit, intégré sur toute la distance parcourue, est appelé la mesure de rotation de Faraday (RM). En mesurant la RM pour des millions de sources d’arrière-plan, les scientifiques peuvent reconstituer la position et la force relative des champs magnétiques qui jalonnent l’Univers .

Pour parvenir à cette carte, l’équipe de SPICE-RACS a utilisé la large bande passante d’ASKAP (800–1087 MHz) pour mesurer les RM avec une erreur médiane de seulement 2,2 rad/m² et une densité moyenne de 7 sources par degré carré, offrant une « résolution » effective d’environ 23 minutes d’arc .

Qu’est-ce que le jeu de données révèle sur le magnétisme cosmique ?

La carte a dévoilé une toile cosmique magnétique invisible à nos yeux, avec plusieurs découvertes marquantes :

• Des filaments magnétiques galactiques : Des structures filamenteuses linéaires de RM traversent les pôles Nord et Sud galactiques et ressemblent à celles tracées par l’hydrogène neutre et la poussière interstellaire .
• Un motif « en fermeture éclair » le long du plan galactique : Près du centre de la Voie lactée, une alternance quasi-périodique de RM suggère des inversions du champ magnétique galactique, probablement liées à la barre ou au bulbe galactique .
• Une coquille de supernova (G353-34) : Un large anneau de RM positive, déjà soupçonné, est désormais clairement résolu .
• L’interaction avec les Nuages de Magellan : La carte offre le contexte magnétique pour étudier les forces entre la Voie lactée, le Grand et le Petit Nuage de Magellan .
• Du gaz circumgalactique magnétisé à grande distance : Une étude complémentaire a utilisé les données pour mesurer le magnétisme du gaz autour de galaxies situées à un décalage vers le rouge (redshift) d’environ 1, grâce à un échantillon record de quasars .

Comment cette carte se compare-t-elle aux efforts précédents ?

Le Pr Naomi McClure-Griffiths, scientifique en chef au SKAO, souligne que « pendant les 20 dernières années, les astronomes ont travaillé avec essentiellement le même jeu de données », incomplet et limité. SPICE-RACS DR2 représente un saut générationnel :

• Superficie totale multipliée par 5 par rapport à toutes les cartes précédentes réunies .
• Environ 40 fois plus de sources (presque 4 millions contre environ 100 000 dans les catalogues antérieurs) .
• Toute la voûte céleste australe couverte pour la première fois .
• Une précision spectrale large bande qui résout les ambiguïtés de complexité de Faraday dont souffraient les anciens relevés .

La suite : POSSUM, ASKAP et le SKA

SPICE-RACS est un produit phare de la collaboration POSSUM (Polarisation Sky Survey of the Universe’s Magnetism), un projet international qui exploite ASKAP pour cartographier le magnétisme cosmique . POSSUM prévoit une grille de RM sur ~30 000 degrés carrés et vise à étudier les champs magnétiques de la Voie lactée, des galaxies, des amas et de la toile cosmique .

À court terme, la collaboration POSSUM continuera de produire des cartes encore meilleures avec des observations ASKAP plus profondes . À long terme, le Square Kilometre Array (SKA), dont les premiers télescopes entreront en service d’ici la fin de la décennie, permettra de cartographier les champs magnétiques de la toile cosmique avec un niveau de détail sans précédent . Le magnétisme cosmique est d’ailleurs l’un des cinq projets scientifiques clés du SKA .

Les données de SPICE-RACS sont d’ores et déjà en accès libre via le portail de données du CSIRO, permettant à la communauté scientifique mondiale de reproduire les résultats et de faire de nouvelles découvertes . Cette carte marque la fin d’une ère de 20 ans de stagnation et ouvre la voie à une compréhension empirique du rôle des champs magnétiques dans la formation et l’évolution des galaxies .