Les astrophysiciens explorent la turbulence magnétique de notre galaxie avec des détails sans précédent à l'aide d'un nouveau modèle informatique
Des astronomes ont développé une simulation informatique
pour explorer, avec des détails sans précédent, le magnétisme et la turbulence
dans le milieu interstellaire (ISM) – le vaste océan de gaz et de particules
chargées qui se trouve entre les étoiles de la galaxie de la Voie lactée.
Décrit dans une
étude publiée dans Nature Astronomy , ce modèle est
le plus puissant à ce jour et nécessite la puissance de calcul du
supercalculateur SuperMUC-NG du Centre de calcul Leibniz en Allemagne. Il remet
directement en question notre compréhension du fonctionnement de la turbulence
magnétisée dans les environnements astrophysiques.
James Beattie, auteur principal de l'étude et chercheur
postdoctoral à l'Institut canadien d'astrophysique théorique (CITA) de
l'Université de Toronto, espère que le modèle fournira de nouvelles
perspectives sur le milieu interstellaire, le magnétisme de la galaxie de la
Voie lactée dans son ensemble et les phénomènes astrophysiques tels que la
formation des étoiles et la propagation des rayons cosmiques.
« C’est la première fois que nous pouvons étudier ces
phénomènes à ce niveau de précision et à ces différentes échelles », dit-il.
L'article a été co-écrit avec des chercheurs de l'Université
de Princeton, de l'Université nationale australienne, du Centre d'excellence du
Conseil australien de la recherche en astrophysique du ciel, de l'Université de
Heidelberg, du Centre d'astrophysique de Harvard et Smithsonian, de
l'Université de Harvard et de l'Académie bavaroise des sciences et des sciences
humaines.
« La turbulence demeure l'un des plus grands problèmes
non résolus de la mécanique classique », déclare Beattie, qui occupe
également un poste conjoint à l'Université de Princeton. « Et ce, malgré
son omniprésence : du lait tourbillonnant dans notre café aux flux
chaotiques des océans, en passant par le vent solaire, le milieu interstellaire et
même le plasma entre les galaxies. »
« La distinction clé dans les environnements astrophysiques
est la présence de champs magnétiques, qui modifient fondamentalement la nature
des écoulements turbulents. »
Bien qu'il y ait beaucoup moins de particules dans l'espace interstellaire que
dans les expériences d'ultravide sur Terre, leurs mouvements sont suffisants
pour générer un champ magnétique, un peu comme le mouvement du noyau en fusion
de notre planète génère le champ magnétique terrestre.
Et même si le champ magnétique galactique est quelques
millions de fois plus faible qu’un aimant de réfrigérateur, il n’en reste pas
moins l’une des forces qui façonnent le cosmos.
La plus grande version du modèle de Beattie est un cube de
10 000 unités par dimension, offrant un niveau de détail bien plus élevé
que les modèles précédents. Outre sa haute résolution, le modèle est évolutif
et peut simuler, à son maximum, un volume d'environ 30 années-lumière de
côté ; à son minimum, il peut être réduit d'un facteur d'environ
5 000.
À son
échelle maximale, le modèle peut améliorer notre compréhension du champ
magnétique global de la Voie lactée . À échelle réduite, il
aidera les astronomes à mieux comprendre des processus plus « compacts », comme
le vent solaire qui s'échappe du Soleil et affecte grandement la Terre.
Grâce à sa résolution supérieure, le modèle offre également
le potentiel de mieux comprendre la formation des étoiles. « Nous savons que la
pression magnétique s'oppose à la formation des étoiles en s'opposant à la
gravité et en tentant d'effondrer une nébuleuse en formation d'étoiles »,
explique Beattie. « Nous pouvons désormais quantifier en détail ce à quoi nous
pouvons nous attendre en matière de turbulence magnétique à ces échelles. »
Outre sa résolution et son évolutivité supérieures, le modèle marque également une avancée significative en simulant les changements dynamiques de la densité du milieu interstellaire, d'un quasi-vide incroyablement ténu aux densités plus élevées trouvées dans les nébuleuses de formation d'étoiles.
« Ce que notre simulation capture vraiment bien », explique
Beattie, « ce sont les changements extrêmes de densité du milieu
interstellaire, quelque chose que les modèles précédents n'avaient pas pris en
compte. »
Alors qu’il développe la prochaine génération du modèle avec, entre autres fonctionnalités, une résolution encore plus élevée, Beattie teste également sa simulation par rapport aux données collectées à partir d’observations du système Soleil-Terre.
« Nous avons déjà commencé à tester si le modèle correspond
aux données existantes du vent solaire et de la Terre, et cela semble très bon
», déclare Beattie.
« C'est très stimulant, car notre simulation nous permet
d'en apprendre davantage sur la météo spatiale. La météo spatiale est
essentielle, car nous étudions les particules chargées qui
bombardent les satellites et les humains dans l'espace, et qui ont d'autres
effets sur la Terre. »
Selon Beattie, ce nouveau modèle intervient à un moment où
l'intérêt pour la turbulence astrophysique s'accroît et où les observations du
milieu interstellaire se multiplient. Avec l'arrivée de nouveaux instruments,
comme le Square
Kilometer Array (SKA), capables de mesurer avec précision les
fluctuations des champs magnétiques turbulents à travers la galaxie, des cadres
théoriques précis comme le sien pour interpréter la turbulence magnétique
deviendront encore plus essentiels.
L’une des choses qui attire Beattie dans cette recherche est
sa consistance élégante – du plasma intergalactique au tourbillon dans une
tasse de café.
« J'aime faire des recherches sur la turbulence en raison de
son universalité », explique Beattie. « Elle est la même, que l'on observe le
plasma entre les galaxies, à l'intérieur des galaxies, dans le système solaire,
dans une tasse de café ou dans La Nuit étoilée de Van Gogh. »
« Il y a quelque chose de très romantique dans la façon dont
cela apparaît à tous ces différents niveaux et je pense que c'est très
excitant. »
Pour plus d'informations : James R. Beattie
et al., Spectre de turbulence magnétisée dans le milieu interstellaire, Nature
Astronomy (2025). DOI :
10.1038/s41550-025-02551-5
Informations sur le journal : Nature Astronomy
Fourni par l'Université de Toronto
