Crédit d'image: ESO
Les amas de galaxies sont de très gros blocs de construction de l'Univers. Ces gigantesques structures contiennent des centaines à des milliers de galaxies et, moins visibles mais tout aussi intéressantes, une quantité supplémentaire de «matière noire» dont l'origine défie encore les astronomes, avec une masse totale de milliers de millions de millions de fois la masse de notre Soleil. L'amas de Coma, relativement proche, par exemple, contient des milliers de galaxies et mesure plus de 20 millions d'années-lumière. Un autre exemple bien connu est l'amas de la Vierge à une distance d'environ 50 millions d'années-lumière, et qui s'étend toujours sur un angle de plus de 10 degrés dans le ciel!
Des amas de galaxies se forment dans les régions les plus denses de l'Univers. En tant que tels, ils tracent parfaitement l'épine dorsale des structures à grande échelle dans l'Univers, de la même manière que les phares tracent un littoral. Les études d'amas de galaxies nous renseignent donc sur la structure de l'énorme espace dans lequel nous vivons.
L'enquête REFLEX
Suivant cette idée, une équipe européenne d'astronomes, sous la direction de Hans B? Hringer (MPE, Garching, Allemagne), Luigi Guzzo (INAF, Milan, Italie), Chris A. Collins (JMU, Liverpool) et Peter Schuecker ( MPE, Garching) a entrepris une décennie d'étude de ces structures gargantuesques, essayant de localiser le plus massif des amas de galaxies.
Étant donné qu'environ un cinquième de la masse optiquement invisible d'un amas se présente sous la forme d'un gaz diffus très chaud avec une température de l'ordre de plusieurs dizaines de millions de degrés, les amas de galaxies produisent une puissante émission de rayons X. Il est donc préférable de les découvrir au moyen de satellites à rayons X.
Pour cette étude fondamentale, les astronomes ont donc commencé par sélectionner des objets candidats à partir des données de l'Atlas du ciel à rayons X compilé par la mission allemande de levé par satellite ROSAT. Ce n'était que le début - puis a suivi un travail fastidieux: faire l'identification finale de ces objets à la lumière visible et mesurer la distance (c'est-à-dire le décalage vers le rouge) des candidats du cluster.
La détermination du décalage vers le rouge a été effectuée au moyen d'observations avec plusieurs télescopes à l'Observatoire ESO La Silla au Chili, de 1992 à 1999. Les objets les plus brillants ont été observés avec les télescopes ESO 1,5 m et ESO / MPG 2,2 m, tandis que pour les objets les plus éloignés et les plus faibles, le télescope ESO de 3,6 m a été utilisé.
Réalisé dans ces télescopes, ce programme d'une durée de 12 ans est connu des astronomes sous le nom de Cluster Survey REFLEX (ROSAT-ESO Flux Limited X-ray). Il s'est maintenant conclu par la publication d'un catalogue unique avec les caractéristiques des 447 amas de galaxies les plus brillants du ciel austral. Parmi ceux-ci, plus de la moitié des grappes ont été découvertes au cours de cette enquête.
Contraindre la teneur en matière noire
Les amas de galaxies sont loin d'être uniformément répartis dans l'Univers. Au lieu de cela, ils ont tendance à se regrouper en structures encore plus grandes, des «super-clusters». Ainsi, à partir d'étoiles qui se rassemblent en galaxies, de galaxies qui se rassemblent en amas et d'amas se liant en superamas, l'Univers montre une structuration à toutes les échelles, de la plus petite à la plus grande. Il s'agit d'une relique de l'époque très précoce (de formation) de l'Univers, la période dite «inflationniste». A cette époque, seulement une infime fraction d'une seconde après le Big Bang, les minuscules fluctuations de densité ont été amplifiées et au cours des éons, elles ont donné naissance à des structures beaucoup plus grandes.
En raison du lien entre les premières fluctuations et les structures géantes désormais observées, le catalogue REFLEX unique - le plus grand du genre - permet aux astronomes de mettre des contraintes considérables sur le contenu de l'Univers, et en particulier sur la quantité de matière noire qui est croyait le pénétrer. De manière assez intéressante, ces contraintes sont totalement indépendantes de toutes les autres méthodes utilisées jusqu'à présent pour affirmer l'existence de la matière noire, telles que l'étude de supernovae très éloignées (voir par exemple ESO PR 21/98) ou l'analyse du fond des micro-ondes cosmiques (par exemple satellite WMAP). En fait, la nouvelle étude REFLEX est très complémentaire des méthodes susmentionnées.
L'équipe REFLEX conclut que la densité moyenne de l'Univers est comprise entre 0,27 et 0,43 fois la «densité critique», ce qui constitue la contrainte la plus forte jusqu'à présent sur cette valeur. Lorsqu'il est combiné avec la dernière étude sur les supernovae, le résultat REFLEX implique que, quelle que soit la nature de l'énergie sombre, il imite étroitement un univers avec la constante cosmologique d'Einstein.
Un puzzle géant
Le catalogue REFLEX servira également à de nombreuses autres fins utiles. Grâce à elle, les astronomes pourront mieux comprendre les processus détaillés qui contribuent au chauffage du gaz dans ces grappes. Il sera également possible d'étudier l'effet de l'environnement de l'amas sur chaque galaxie individuelle. De plus, le catalogue est un bon point de départ pour rechercher des lentilles gravitationnelles géantes, dans lesquelles une grappe agit comme une lentille grossissante géante, permettant efficacement d'observer les objets les plus faibles et les plus éloignés qui échapperaient autrement à la détection avec les télescopes actuels.
Mais, comme le dit Hans B? Hringer: «L'avantage le plus important de ce catalogue est peut-être que les propriétés de chaque cluster peuvent être comparées à l'ensemble de l'échantillon. C'est le principal objectif des enquêtes: assembler les pièces d'un gigantesque puzzle pour construire une vue plus grande, où chaque pièce acquiert alors une nouvelle signification plus complète. »
Source d'origine: communiqué de presse de l'ESO
