Fig. 1. (À gauche) Amas de galaxies MACS J1206 observé avec le télescope Subaru. (À droite) Image agrandie de la gauche par le télescope spatial Hubble. Crédit :NASA/ESA, Umetsu et al. 2012, ApJ
Alors que les passionnés de science du monde entier font leurs adieux au légendaire cosmologue Stephen Hawking, les chercheurs continuent de faire des découvertes importantes sur l'évolution des amas de galaxies qui captivent l'imagination.
Maintenant, une collaboration internationale entre Yutaka Fujita de l'Université d'Osaka et des chercheurs de Taïwan, Italie, Japon, et les États-Unis ont trouvé une nouvelle loi fondamentale qui stipule l'évolution des amas de galaxies. Ils ont récemment rapporté l'étude dans The Journal d'astrophysique .
Les amas de galaxies sont le plus grand corps céleste de l'Univers (Fig.1). Cependant, il a été difficile de mesurer leur taille et leur masse avec précision car elles sont principalement constituées de matière noire que nous ne pouvons pas observer directement. Une façon d'observer indirectement la matière noire consiste à utiliser l'effet de lentille gravitationnelle basé sur la théorie de la relativité d'Einstein. Les rayons lumineux d'une galaxie derrière un amas sont attirés par la gravité de l'amas lorsqu'ils le traversent, et leurs chemins sont courbés (Fig.2). C'est exactement le même effet qu'une lentille, focalisant la lumière de la galaxie lointaine et déformant sa forme. Si nous pouvons mesurer la distorsion de la forme pour de nombreuses galaxies d'arrière-plan, nous pouvons révéler le champ gravitationnel de l'amas, et comme résultat, nous pouvons mesurer avec précision sa taille et sa masse.
Fig. 2. Figure schématique de la lentille gravitationnelle. Les rayons lumineux d'une galaxie d'arrière-plan sont courbés par la gravité d'un amas de galaxies. Crédit :Yutaka Fujita
"Une difficulté dans notre recherche, " explique Keiichi Umetsu de l'Academia Sinica à Taïwan, « était-ce que des mesures précises de la distorsion étaient nécessaires ». Pour surmonter ce problème, l'équipe de recherche a utilisé des données d'observation précises du télescope spatial Hubble de la NASA et du télescope Subaru exploités par l'observatoire astronomique national du Japon.
En combinaison avec les données de température du gaz du satellite à rayons X Chandra, le groupe de recherche a examiné statistiquement ces dernières données et a constaté qu'elles sont conformes à une loi simple représentée uniquement par la taille, Masse, et la température du gaz des grappes. De plus, en utilisant pleinement les simulations informatiques, ils ont montré que les amas ont grandi sur 4 à 8 milliards d'années selon la loi. Théoriquement, la loi fait que ces gigantesques amas sont encore à l'adolescence, croissant en attirant une grande quantité de substances environnantes avec leur forte gravité (Fig.3).
"Nous avons découvert la loi qui régule la croissance des amas de galaxies, " dit Fujita. " Les clusters ont une structure interne créée de manière unique lors d'une poussée de croissance précoce. "
Fig. 3. (À gauche) Amas en croissance attirant de nombreuses galaxies et de la matière noire. Les galaxies chutent rapidement et la température des gaz a tendance à augmenter. La nouvelle loi indique que les clusters sont dans cet état. (À droite) Grappe mûrie dans un état calme, attirant peu de matériel. Crédit :Yutaka Fujita
La loi est si simple que nous pouvons l'utiliser pour calibrer les relations de masse observables, qui sont un ingrédient clé pour étudier les lois cosmologiques de l'Univers.
"Notre recherche nous rapproche de l'explication de l'histoire évolutive des amas et de l'Univers, " ajoute Fujita.
