Sonder la matière noire et l'énergie de l’univers en mesurant la masse des amas de galaxie
Un seul amas de galaxies peut être aussi massif qu'un quadrillion de soleils, et les amas denses représentent une source significative de rayons X en provenance de l’espace. Ces amas renferment des informations importantes sur la naissance de l’univers et pourraient nous permettre de comprendre la véritable nature de l'énergie sombre et de la matière noire. L'estimation précise de la masse d’un grand nombre de ces objets célestes est confrontée à de lourdes difficultés, comme la détermination de la sélection des échantillons et la systématique des mesures. Dans le cadre du projet GALCLU_ASTRO_COSMO, financé par l'UE, les chercheurs ont réalisé une nouvelle série de simulations cosmologiques pour comprendre les biais de la détermination de masse obtenue par analyse des rayons X et établir des méthodes optimales de sélection des échantillons d’amas. L'équipe du projet a généré trois ensembles distincts de la même collection d’amas contenant une centaine d'objets en diversifiant la physique du composant de gaz mis en œuvre dans le code. Les trois simulations ont été réalisées avec une version moderne du code hydrodynamique. Cette version comprend une solution de la diffusion numérique qui résout le problème de la réduction du mélange des gaz de différentes entropies. L'équipe du projet a obtenu un résultat remarquable et inattendu, à savoir un excellent accord avec la distribution entropique des amas observés. Les observations par rayons X montrent clairement la présence simultanée d'un cœur froid et d'objets de cœur non froids, à savoir des amas avec un gaz entropique faible ou élevé dans les régions les plus centrales. En comparant ces simulations avec les observations aux rayons X et ondes millimétriques, les chercheurs ont observé un accord parfait entre les diverses quantités thermodynamiques et chimiodynamiques telles que la densité de gaz, la température ou la pression. Les chercheurs ont ainsi pu déterminer la source des biais de masse et, en s’appuyant sur un échantillonnage plus large, calculé la normalisation et la pente de la loi de puissance reliant la masse totale des systèmes avec d'autres propriétés observationnelles facilement dérivées et étudié leur évolution. Cette étude couvre les calculs de la masse totale et des masses de gaz ainsi que la température et la luminosité des rayons X et leur évolution au cours des 10 derniers milliards d'années. Ces travaux ont été publiés dans plusieurs revues scientifiques à comité de lecture. Les partenaires ont en outre présenté les activités du projet lors de conférences et de séminaires, mais aussi à un public de collégiens et de lycéens afin d’attirer l’attention sur l'importance de la recherche pour la société.
Mots‑clés
Masse d’un amas, amas de galaxies, matière noire, énergie sombre, GALCLU _ASTRO_COSMO, simulation cosmologique
