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Il s’agit de la détection la plus lointaine de gaz chaud associé à la formation d’amas à ce jour, ce qui montre encore une fois la précocité de la formation de telles structures dans l’Univers.
Repères
- Les amas de galaxies sont parmi les plus grandes structures connues du cosmos.
- Ils peuvent être composés de dizaines, voire de milliers de galaxies.
- Notre Voie lactée fait partie d’un groupe d’une trentaine de galaxies que l’on appelle le Groupe local.
L’environnement intra-amas
Les galaxies que forment les amas baignent dans un milieu intra-amas
(MIA) qui imprègne l’espace entre celles-ci.
Si la physique des amas de galaxies est généralement bien comprise, les toutes premières phases de formation des MIA ne sont pas bien documentées. En fait, les MIA n’avaient été étudiées que dans les amas de galaxies proches entièrement formés.
Les simulations cosmologiques prédisaient la présence de gaz chaud dans les amas de galaxies [en formation] depuis plus d’une décennie, mais les observations ne permettaient pas de le confirmer
, explique Elena Rasia, de l’Institut italien d’astrophysique (INAF) de Trieste, dans un communiqué de l’ESO.
L’équipe dirigée par Luca Di Mascolo de l’INAF a réussi l’exploit de détecter et d’étudier un MIA dans un amas de galaxies aux premiers temps de l’Univers.
Il faut savoir que le gaz du MIA est souvent beaucoup plus lourd que les galaxies elles-mêmes.
La genèse de la Toile d’araignée
Certains amas de galaxies sont si massifs qu’ils peuvent rassembler du gaz qui se réchauffe en tombant vers l’amas
, expliquent les chercheurs dans un communiqué publié par l’ESO.
Pour arriver à confirmer la présence d’un tel gaz dans un amas en formation, les chercheurs ont sélectionné l’un des candidats bien connu des astronomes : le proto-amas de la Toile d’araignée, situé à une époque où l’Univers n’avait que 3 milliards d’années.
La découverte d’un grand réservoir de gaz chaud dans ce proto-amas indiquerait que le système est en passe de devenir un véritable amas de galaxies de longue durée plutôt que de se disperser
, notent les scientifiques.
Les astronomes italiens ont détecté le MIA de la Toile d’araignée grâce à ce que l’on appelle l’effet thermique Sunyaev-Zeldovich.
Cet effet se produit lorsque la lumière du fond diffus cosmologique – le rayonnement résiduel du big bang –traverse le MIA. Lorsque cette lumière interagit avec les électrons en mouvement rapide dans le gaz chaud, elle gagne un peu d’énergie, et sa couleur ou la longueur d’onde change légèrement
, expliquent les chercheurs.
« Aux bonnes longueurs d’onde, l’effet thermique Sunyaev-Zeldovich apparaît donc comme un effet d’ombre d’un amas de galaxies sur le fond diffus cosmologique. »
C’est en mesurant ces ombres sur le fond diffus cosmologique que les astrophysiciens ont pu déduire l’existence du gaz chaud, estimer sa masse et cartographier sa forme.
« Grâce à sa résolution et à sa sensibilité inégalées, ALMA est la seule installation actuellement capable d’effectuer une telle mesure pour les lointains progéniteurs d’amas massifs. »
Le réservoir de la Toile d’araignée
Les présents travaux ont permis de déterminer que le proto-amas de la Toile d’araignée contient un vaste réservoir de gaz chaud à une température de quelques dizaines de millions de degrés Celsius.
Auparavant, du gaz froid avait été détecté dans ce proto-amas, mais la masse de gaz chaud découverte dans cette nouvelle étude dépasse de plusieurs milliers de fois celle de gaz froid. Cette découverte montre que l’amas de galaxies de la Toile d’araignée devrait effectivement se transformer en un amas de galaxies massif dans environ 10 milliards d’années, sa masse augmentant au moins d’un facteur dix
, notent les chercheurs.
« La composante thermique chaude détruira une grande partie de la composante froide au cours de l’évolution du système, et nous assistons à une transition délicate. […] Ce système confirme par l’observation les prédictions théoriques de longue date sur la formation des plus grands objets gravitationnellement liés de l’Univers. »
Un nouvel outil d’observation
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p class= »e-p »>L’arrivée du Télescope géant européen de l’ESO, qui entrera en fonction en 2027, aidera à mieux comprendre les structures telles que la Toile d’araignée grâce à de nouveaux instruments de pointe qui permettront de mieux décrire les galaxies qui s’y trouvent.
Le détail de cette étude est publié dans la revue Nature (en anglais).
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