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The origin of the Galactic magnetic field

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Comprendre les champs magnétiques interstellaires pour appréhender les secrets des galaxies

La résolution de ce problème délicat au cœur de la physique galactique pourrait aider à lever le voile sur les origines des galaxies, des planètes et de la vie elle-même.

Espace

Les champs magnétiques sont au cœur de presque toutes les questions sur l’évolution des galaxies. Leur étude peut apporter de nombreuses réponses à propos du développement des galaxies, comme par exemple la vitesse à laquelle les étoiles se sont formées. Indirectement, ces connaissances peuvent même apporter un éclairage nouveau sur l’émergence des planètes et de la vie. Toutefois, il est impossible de mesurer directement le champ magnétique interstellaire, ce qui rend la tâche incroyablement ardue. Les champs magnétiques dans l’espace ne peuvent être calculés qu’au travers de leurs interactions avec le rayonnement de fond présent entre les planètes et les étoiles. Comme cette interaction est assez faible, elle peut entraîner de grandes imprécisions dans les mesures. De plus, le champ magnétique est un vecteur – il possède à la fois une force et une direction dans l’espace. «Aucune méthode d’observation connue à ce jour ne peut nous donner ces deux caractéristiques pour une même zone de l’espace», explique Eva Ntormousi, astrophysicienne au Forth Institute of Astrophysics et chercheuse principale du projet ORIGAMI. Le projet ORIGAMI a été mis en place pour combler ces lacunes dans les connaissances en faisant appel à une modélisation numérique complexe et complète. «Nos simulations retracent la co-évolution du champ magnétique avec la galaxie, offrant une image cohérente de la dynamique», explique Eva Ntormousi, dont les recherches ont été entreprises avec le soutien du programme Marie Skłodowska-Curie.

Modélisation dynamique

ORIGAMI est un projet ambitieux qui développe les premières simulations incluant tous les processus fondamentaux de l’évolution galactique. Ces modèles avancés comprennent des composants interstellaires vitaux, tels que le gaz et l’énergie cinétique et thermique qui est émise par les étoiles lorsqu’elles implosent à leur mort pour devenir des supernovae. Afin d’obtenir la meilleure modélisation possible de l’évolution du champ magnétique galactique, l’équipe a commencé avec un petit champ magnétique comme état initial du modèle avant de suivre son évolution en parallèle avec la galaxie. Le résultat le plus important du projet a été l’émergence d’une dynamo (un transfert d’énergie mécanique en énergie magnétique) dans les simulations de galaxies semblables à la Voie lactée. Le champ magnétique qui en résulte, après 2 milliards d’années d’évolution galactique, est constitué d’une composante ordonnée et d’une composante chaotique, un peu comme le champ magnétique de la Voie lactée. «Les champs magnétiques mesurés dans le milieu interstellaire des galaxies sont plus d’un milliard de fois plus puissants que ce que nos théories prédisent pour l’Univers primitif. L’idée principale est que l’évolution de la galaxie elle-même est un facteur d’amplification du champ magnétique», explique Eva Ntormousi.

L’observation des étoiles

Les recherches se poursuivront même après la date de fin du projet. L’équipe élargit maintenant l’étude pour inclure des galaxies de différentes masses, ce qui les aidera à comprendre le rôle de la dynamique dans l’émergence d’une dynamo. Le projet en cours à la Scuola Normale Superiore consiste à étudier comment les champs magnétiques ont émergé lorsque l’Univers était très jeune, à une époque connue sous le nom d’époque de la ré-ionisation. «Les origines du magnétisme dans l’Univers constituent l’un des plus grands mystères de la physique moderne. Puisque les galaxies sont les laboratoires de l’évolution du champ magnétique, la compréhension du champ magnétique galactique nous rapproche de la compréhension de l’origine de l’une des forces fondamentales de la nature», explique Eva Ntormousi.

Mots‑clés

ORIGAMI, magnétique, galactique, champs, espace, dynamo, évolution

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