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Posté par Michel le Jeudi 22/11/2012 à 00:00
Planck révèle un filament de gaz chaud reliant deux amas de galaxies
Les astronomes ont découvert un “pont” de gaz chaud qui connecte les amas de galaxies Abell 399 et Abell 401. Au moins une partie de ce gaz pourrait venir du milieu chaud intergalactique - une toile évanescente de filaments gazeux qui parcourt l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.).

Notre compréhension actuelle de la cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) suggère que l'Univers est dominé par la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus, notamment au sujet des galaxies....) et l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) noire. La matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) “ordinaire” restante - ou matière baryonique - dont sont composées les étoiles et les planètes, ne correspond qu'à une toute petite fraction de l'énergie totale de notre univers, moins de cinq pour-cent. La matière baryonique peut, en principe, être détectée à travers le rayonnement (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge) ou par une désintégration (par exemple : radioactivité...) qu'elle émet. Mais il y a un problème: la quantité de matière (La quantité de matière est une grandeur de comptage d'entités chimiques ou physiques élémentaires. L'unité qui lui correspond est la mole.) baryonique déduite des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré...) astronomiques de l'univers lointain ou proche ne correspond pas à ces cinq pour-cent. Les astronomes n'ont identifié qu'environ la moitié de la matière baryonique présente dans l'univers local.

Le milieu inter-galactique chaud

L'un des candidats favoris pour abriter ces “baryons manquants” est le milieu inter-galactique chaud appelé WHIM pour Warm-Hot Intermediate Medium. Ce WHIM est la composante baryonique de la toile cosmique, un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud...) filamentaire de matières noire et baryonique qui s'étendrait dans tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) l'Univers. Les simulations numériques de formation des grandes structures cosmiques prédisent que les galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois au...) et amas de galaxies (Un amas de galaxies est l'association de plus d'une centaine de galaxies liées entre elles par la gravitation. En deçà de 100, on parle plutôt de groupe de galaxies,...) sont incrustés dans cette toile et que le WHIM pourrait contenir la majorité de la matière baryonique dans l'univers local. Ce réseau de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la...) ténu dont la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de...) va de 100 000 à des dizaines de millions de degrés est particulièrement difficile à détecter en raison de sa densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure...) extrêmement faible.


Simulation de la toile cosmique aujourd'hui sur des milliards d'années-lumière.
Les galaxies correspondent aux tâches très lumineuses alors le WHIM, avec la matière noire,
constitue le réseau filamentaire.
Crédits: S. Colombi (IAP), simulations Horizons (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se décline en physique,...)

Au cours de la dernière décennie (Une décennie est égale à dix ans. Le terme dérive des mots latins de decem « dix » et annus « année.), les astronomes ont collecté des éléments en faveur de l'hypothèse WHIM, principalement par des observations dans le domaine des rayons X et en spectroscopie optique/ultra-violette. Une récente étude basée sur des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) du satellite Planck (Planck est un satellite artificiel de l'Agence spatiale européenne qui doit être lancé en septembre 2008.) de l'ESA a apporté un nouvel élément dans ce débat (Un débat est une discussion (constructive) sur un sujet, précis ou de fond, annoncé à l'avance, à laquelle prennent part des individus ayant des avis, idées,...) en ouvrant une fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur ou un pan incliné de toiture, avec ou sans vitres.) spectrale pour l'étude des baryons manquants avec des observations dans les domaines micro-ondes et submillimétrique.

Le rayonnement fossile et le WHIM

“Etant donné que le WHIM est essentiellement organisé en filaments longs et diffus, on s'attend à en trouver aussi à proximité des amas de galaxies, qui sont les plus grandes structures gravitationnellement liées de l'univers “ explique José M. Diego, un scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et...) de la collaboration Planck à Santander en Espagne. “Planck peut détecter les amas de galaxies à travers tout le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) car le gaz chaud qu'ils contiennent laisse une empreinte caractéristique sur le rayonnement fossile connu sous le nom d'effet Sunyaev-Zel'dovich” ajoute José M. Diego. “Selon le même principe, Planck est sensible au gaz du WHIM”.

Les astronomes de la collaboration Planck ont exploité l'effet Sunyaev-Zel'dovich (SZ) pour chercher des amas de galaxies. Les premiers résultats de cette quête ont été présentés en 2011 avec la publication d'un catalogue de 200 amas environ. Une analyse minutieuse de ces données précieuses est en cours pour étudier les propriétés de ces amas, mais aussi de leur environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...).

“Détecter le WHIM par effet Sunyaev-Zel'dovich est extrêmement délicat en raison de sa faible densité” commente Juan Macías Pérez, un scientifique de la collaboration Planck du laboratoire de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne...) subatomique et de cosmologie de Grenoble. “La meilleure chance de le détecter est de regarder les régions entre paires d'amas de galaxies proches qui sont en interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.): comme ils s'attirent l'un vers l'autre, le gaz inter-amas devient plus dense et plus chaud, et donc plus facile à détecter” ajoute-t-il.

Une première détection

Avec cet objectif, les chercheurs de la collaboration Planck ont inspecté le catalogue d'amas issu des données prises au cours des deux premières cartographies complètes du ciel. “Nous avons regardé les paires d'amas suffisamment proches pour qu'un possible filament entre eux soit détectable, mais suffisamment séparés sur le ciel pour que Planck les détecte individuellement” explique Juan Macías Pérez. Les astronomes ont identifié une liste de candidats avec un faible décalage vers le rouge (Le décalage vers le rouge ou redshift est un phénomène astronomique de décalage vers les grandes longueurs d'onde des raies spectrales et de l'ensemble du spectre – ce qui se traduit par un décalage vers le rouge pour le...), donc peu distants, qui satisfaisaient ces critères. Une analyse approfondie a révélé la présence d'un “pont” de gaz chaud reliant deux des amas de cette liste: Abell 399 et Abell 401.


Cette image présente les deux amas de galaxies Abell 399 et Abell 401 vus dans le domaine optique par des télescopes
au sol et par effet Sunyaev-Zel'dovich (en orange) par le satellite (Satellite peut faire référence à :) Planck de l'ESA.
Ils sont situés environ à un milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf...) d'années-lumières de nous. Les chercheurs analysant les données de Planck
sur Abell 399 et Abell 401 n'ont pas seulement détecté le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux...) individuel émis par le gaz de chaque amas,
mais aussi un “pont” de gaz reliant les deux (le filament orange plus clair qui relie les deux régions oranges plus vif)
qui s'étend sur une dizaine de millions d'années-lumière.
Crédits: ESA-consortia HFI/LFI

Le rôle des rayons X

Le gaz chaud peut aussi être détecté directement par son émission thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents phénomènes physiques, en particulier...) dans le domaine des rayons X. Une étude précédente de Abell 399 et Abell 401, basée sur les données en X de l'observatoire spatial XMM-Newton de l'ESA, indiquait une présence de gaz chaud non seulement à l'intérieur mais également entre les amas mais le signal n'était pas suffisant pour conclure à une véritable détection. Les résultats basés sur les données du satellite Planck sont bien plus probants et confirment que les deux structures sont bien reliées par un pont (Un pont est une construction qui permet de franchir une dépression ou un obstacle (cours d'eau, voie de communication, vallée, etc.) en passant par-dessus cette séparation. Le...) de matière; cette détection est également la première de gaz inter-amas obtenue par effet Sunyaev-Zel'dovich.

“En combinant les données Planck avec les archives des observations X du satellite allemand ROSAT, on peut estimer la température du gaz de ce pont à 80 millions de degrés environ” note Torsten Ensslin, un scientifique de la collaboration Planck de Garching bei München en Allemagne. Cette valeur est du même ordre de grandeur que la température du gaz de ces deux amas. Ce pourrait être du WHIM, mais néanmoins l'origine du gaz inter-amas est, à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale)...), encore incertaine.

Comprendre la nature de ce filament

“La question de savoir si ce gaz vient du WHIM ou si ce gaz appartenait auparavant à ces amas est toujours débattue; les simulations numériques suggèrent que ce pourrait être un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation aussi appelée mélange. Les...) des deux” explique Torsten Ensslin. “Des analyses plus poussées des données complètes de Planck pourraient aider à clarifier la situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus...) en révélant d'autres cas” ajoute-t-il.

Les astronomes ont déjà identifié un autre candidat prometteur: le système composite Abell 3391-Abell 3395, qui est fortement structuré et pourrait en fait fait de trois ou quatre amas. Ce système comprend ce qui semble être un pont de matière reliant les différentes composantes. En raison de la nature complexe de cet objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui...), une investigation plus poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de l'avancement.) est nécessaire pour confirmer cette seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc...) détection.

“Cette découverte illustre la capacité de Planck à étudier les amas de galaxies jusque dans leur périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne une limite éloignée d'un...) et même au-delà, nous permettant ainsi d'étudier la connexion entre le gaz inter-amas et le gaz qui se trouve dans la toile cosmique” conclut Jan Tauber, responsable du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration...) Planck pour l'ESA.

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Source: CNRS-IN2P3