Paramètres cosmologiques dérivés de la densité des amas de galaxies

Publié par Adrien le 09/03/2021 à 09:00
Source: Observatoire de Paris
Une équipe d'astrophysiciens de l'Observatoire de Paris et de l'INAF-Bologne a effectué une estimation des paramètres cosmologiques à partir d'une nouvelle méthode basée sur les mesures de densité des amas de galaxies. Les chercheurs ont pu déterminer la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) cosmique de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...), son niveau de structuration et le taux d'expansion de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) qui, contrairement aux estimations basées sur les comptages d'amas, sont en très bon accord avec les résultats des analyses du fond diffus du satellite Planck (Planck est un satellite artificiel de l'Agence spatiale européenne qui doit être lancé en...).


Figure: Contours de vraisemblance délimitant les combinaisons de valeurs des paramètres cosmologiques (densité de matière cosmique Omegam, et amplitude des fluctuations de densité sigma8) en accord avec les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...), respectivement avec une probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un...) de 68% (contours internes) et 95% (contours externes).
Les résultats de l'analyse de la densité des amas (en combinaison (Une combinaison peut être :) avec la fraction de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) des amas et le BAO) correspondent aux contours en trait plein noir, ceux obtenus à partir des comptages des amas par Planck-SZ (en combinaison avec les contraintes de la Nucléosynthèse Primordiale (La nucléosynthèse primordiale est une théorie d'astrophysique qui permet d'expliquer...) et le BAO) correspondent aux contours en bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs...) clair et foncé, ceux de l'analyse des cartes du fond diffus cosmologique (Le fond diffus cosmologique est le nom donné au rayonnement électromagnétique issu...) de Planck en rouge-jaune, et ceux issus des analyses de la structuration de la matière à partir des mesures de cisaillement gravitationnel de galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec...) en beige clair et foncé.

Les amas de galaxies (Un amas de galaxies est l'association de plus d'une centaine de galaxies liées entre elles par la...) comptent parmi les structures les plus grandes et massives de l'univers. En regroupant plusieurs dizaines voire des milliers de galaxies à l'intérieur de vastes halos de matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre), traduction de l’anglais...), les amas sont le résultat ultime du processus hiérarchique de formation de structures cosmiques. Déclenché (Un déclenché (ou tonneau déclenché) est une figure de voltige aérienne.) par l'effondrement gravitationnel de la matière, le gaz baryonique s'effondre dans les halos de matière noire pour former les étoiles et les galaxies que nous observons aujourd'hui. Le fusionnement successif de ces halos au cours de l'expansion de l'univers amène la formation des halos plus grands et massifs qui constituent l'essentiel des amas de galaxies.

L'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) de ces grandes structures peut nous renseigner sur les propriétés globales de l'univers, tels que la densité de matière et son niveau de structuration. La réalisation de plusieurs relevés d'amas de galaxies ces dernières années en a permis l'estimation à partir des mesures de comptages d'amas. De façon surprenante, la plupart de ces études ont trouvé des valeurs légèrement inférieures aux analyses des cartes du fond diffus cosmologique (CMB) du satellite (Satellite peut faire référence à :) Planck. Cependant, il se peut que plusieurs effets systématiques inhérents aux mesures des comptages d'amas soient à l'origine de ce désaccord.

Une équipe de chercheurs de l'Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique...) et de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) National d'Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...) de Bologne (Bologne est une ville italienne d'environ 375 000 habitants, située dans le nord-est du...) vient de réaliser pour la première fois une analyse cosmologique basée sur une nouvelle méthode qui permet d'estimer les paramètres cosmologiques à partir des mesures de la distribution de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) à l'intérieur des amas telle qu'estimée par un indicateur de leur densité. En utilisant ces mesures dans un échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...) de 317 amas, les chercheurs ont pu estimer la densité de matière dans l'univers, ainsi que son niveau de structuration à l'échelle de12 Mpc avec une précision comparable à celle d'autres méthodes standards (voire figure en attachement). Les résultats concordent avec ceux du CMB. A noter que cette méthode permet aussi d'estimer le taux d'expansion de l'univers, qui est aussi en accord avec les résultats des analyses de Planck et inferieur aux mesures issues des distances dans l'univers local, obtenues par les observations du télescope spatial Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en...).

L'utilisation de leur densité ouvre de nouvelles pistes d'étude sur les propriétés des amas de galaxies. Dans le futur, l'analyse de très grands échantillons, comme ceux attendus par le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) spatial Euclid, permettront des estimations encore plus précises des paramètres cosmologiques.

Référence
P.S. Corasaniti, M.Sereno, S. Ettori, "Cosmological constraints from galaxy cluster sparsity, cluster gas mass fraction and baryon (Un baryon est, en physique des particules, une catégorie de particules, dont les...) acoustic oscillations data", Astrophys. J., 2021, in press
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