Les chercheurs utilisant l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ont réussi à imager un "trou" radio autour d'un amas de galaxies à 4,8 milliards d'années-lumière. Il s'agit de l'image à la plus haute résolution jamais prise d'un tel trou causé par l'effet Sunyaev-Zel'dovich (effet SZ). L'image prouve la grande capacité d'ALMA à étudier la distribution et la température du gaz autour des amas de galaxies grâce à l'effet SZ.

Une équipe de recherche dirigée par Tetsu Kitayama, Université de Toho, Japon, et Eiichiro Komatsu, Institut Max Planck d'Astrophysique, Allemagne, utilisé ALMA pour étudier le gaz chaud dans un amas de galaxies. Le gaz chaud est un élément clé pour comprendre la nature et l'évolution des amas de galaxies. Même si le gaz chaud n'émet pas lui-même d'ondes radio, qui serait détectable avec ALMA, le gaz diffuse les ondes radio du fond diffus cosmologique et fait un "trou" autour de l'amas de galaxies. C'est ce qu'on appelle l'effet Sunyaev-Zel'dovich (Note).

L'équipe a observé l'amas de galaxies RX J1347.5-1145 situé à 4,8 milliards d'années-lumière. Cet amas de galaxies est bien connu des astronomes pour son fort effet SZ et a été observé de nombreuses fois avec des radiotélescopes. Ces observations ont révélé une répartition inégale du gaz chaud dans cet amas de galaxies, ce qui n'a pas été vu dans les observations aux rayons X. Les astronomes avaient donc besoin d'observations à plus haute résolution; ceux-ci cependant, étaient difficiles à obtenir avec des interféromètres radio à haute résolution car le gaz chaud dans les amas de galaxies est relativement lisse et largement distribué.

ALMA a utilisé l'Atacama Compact Array pour surmonter cette difficulté, qui offre un champ de vision plus large avec ses antennes de plus petit diamètre et sa configuration d'antenne compacte. En utilisant les données du Morita Array, les astronomes peuvent mesurer avec précision les ondes radio d'objets s'étendant sur un grand angle dans le ciel. Avec ALMA, l'équipe a ainsi obtenu une image effet SZ du RX J1347.5-1145, avec une résolution deux fois supérieure et une sensibilité dix fois supérieure aux observations précédentes. C'est la première image de l'effet SZ avec ALMA.

"La nouvelle observation d'ALMA confirme non seulement les observations précédentes, mais fournit également une image avec la plus haute résolution et la plus haute sensibilité, qui ouvrira une nouvelle ère de la science SZ, » précise Eiichiro Komatsu. « Le décalage entre les observations radio et rayons X nous amène à conclure que cet amas est en train de subir une fusion violente, et nous pensons qu'il y a un bloc de gaz qui est incroyablement chaud."

Le fond diffus cosmologique (CMB) est le rayonnement résiduel du Big Bang et ses ondes radio nous parviennent de toutes les directions. Lorsque les ondes radio CMB traversent le gaz chaud dans un amas de galaxies, les ondes radio interagissent avec les électrons à haute énergie dans le gaz chaud et gagnent de l'énergie. Par conséquent, le rayonnement est déplacé des ondes radio vers une énergie plus élevée. Observant depuis la Terre, le CMB dans la gamme d'énergie d'origine a moins d'intensité près de l'amas de galaxies. C'est ce qu'on appelle "l'effet Sunyaev-Zel'dovich, " proposé pour la première fois par Rashid Sunyaev (actuellement directeur de l'Institut Max Planck d'astrophysique) et Yakov Zel'dovich en 1970.