Redessiner l'Univers en rayons X

Lundi, 22 octobre 2018

À l’aide de l’observatoire XMM-Newton de l’ESA, une équipe internationale(1), dirigée par l'Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers (IRFU, CEA), vient  de révéler les derniers résultats du sondage XXL, le plus vaste programme d’observation en rayons X réalisé à ce jour par le satellite XMM. L’étude comprend des informations sur 365 amas de galaxies et sur 26 000 noyaux galactiques actifs (AGN). Ainsi, par l'examen profond de deux grandes régions du ciel, les auteurs permettent de retracer la structure à grande échelle de l'Univers et son évolution dans le temps avec des détails sans précédent. 

Image en lumière visible (à gauche) et en rayons X (à droite) de l'amas amas XLSSC006 situé à une distance d'environ 4,5 milliards d'années­ lumière de la Terre. En rayons X, la zone lumineuse rose (fausse couleur) code l'intensité du rayonnement émis par le gaz chaud de l'amas. L'analyse de ces images permet de déterminer les caractéristiques de l'amas avec notamment sa distance. Image visible @ Observatoire Canada­ France­ Hawaï (CFH) / Image en rayons X @ Observatoire XMM­Newton Les rayons X étant bloqués par l'atmosphère  terrestre, les sources X ne sont observables que par des télescopes spatiaux. Dans l'Univers lointain, elles sont associées à des amas de galaxies qui contiennent un gaz très chaud émettant des rayons X ou à des trous noirs supermassifs, situés au centre de certaines galaxies (noyaux galactiques actifs ou AGN).

Pendant 2000 heures, l'observatoire spatial XMM­Newton a exploré deux régions de 2×25 degrés carrés et recensé 365 amas galactiques et 26 000 AGN. Certains amas sont à des distances atteignant 7 milliards d'années­lumière et de nombreux AGN sont encore plus éloignés. Pour identifier ces sources et déterminer leur distance, il a fallu rechercher des informations à d'autres longueurs d'onde.

Or l'Univers est organisé en filaments de matière façonnés par la gravité, dont les intersections sont matérialisées par les amas de galaxies. La connaissance de ces structures à grande échelle, très denses, ouvre la possibilité de tester les prédictions du modèle cosmologique communément admis. La structure de l'Univers et son évolution sont décrites par un ensemble de paramètres cosmologiques, dont l'accélération de l'expansion de l'Univers.

Images en rayons X des 365 amas de galaxies du sondage XXL observés par le satellite XMM-Newton. @ ESA/XMM-Newton/XXL Survey Grâce au satellite Planck de l'ESA, les chercheurs ont déterminé ces paramètres cosmologiques en étudiant le fond diffus cosmologique, un rayonnement micro­onde témoignant de l'Univers très jeune. Le sondage XXL permet de déterminer les mêmes paramètres pour l'Univers plus récent. Il montre que la distribution des amas et des AGN de XXL est compatible avec le modèle cosmologique actuel et permet déjà une meilleure détermination de la constante décrivant l'accélération l'expansion de l'Univers. À noter que cette analyse ne porte que sur la moitié de l'échantillon d'amas de galaxies déjà identifiés.

Le catalogue final des données XXL traitées avec de nouvelles techniques plus performantes ainsi que l'analyse cosmologique complète sont prévus pour 2021. La « toile cosmique » sera explorée par les prochains satellites de l'ESA, Euclid et Athena, qui sonderont des régions encore plus étendues et distantes, décuplant ainsi le sondage XXL. 

Ces travaux ont bénéficié des moyens du CEA, du CNES, du CNRS, des Universités Aix-Marseille et Nice Sophia-Antipolis, et du Programme National de Cosmologie de l'INSU.

Pour plus d'informations:

Note(s): 
  1. Dans cette  collaboration internationale menée par le CEA sont fortement engagées des équipes du Laboratoire d'astrophysique de Marseille (LAM, CNRS / Université Aix-Marseille) et du Laboratoire Joseph Louis Lagrange (LAGRANGE / OCA, CNRS / Université Nice Sophia Antipolis).
Source(s): 
Une série de 20 articles seront publiés dans un numéro spécial de Astronomy & Astrophysics, dont 6 pilotés ou copilotés par des membres français :
  1. Adami, C., Giles, P., Koulouridis, E., et al. 2018, The XXL Survey XX, The 365 cluster catalogue
  2. Koulouridis, E., Faccioli, L. Le Brun, A. et al., 2018, A&A in press, The XXL Survey XIX. A realistic population of simulated X-ray AGN: Comparison of models with observations
  3. Koulouridis, E, Ricci M., Giles P., Adami C. et al, 2018 A&A in press, The XXL survey XXXV. The role of cluster mass in AGN activity
  4. Faccioli, L., Pacaud, F., Sauvageot, J.-L. et al. 2018, A&A in press, the XXL survey XXXIV. The final detection pipeline Koulouridis
  5. Pacaud, F., Pierre, M., Melin, J.-B et al., 2018, The XXL Survey XXV. Cosmological analysis of the C1 cluster number counts
  6. Ricci, M., Benoist, C., Maurogordato, S.et al. 2018, A&A in press, The XXL Survey XXVIII. Galaxy luminosity functions of the XXL-N clusters
Contact(s):
  • Marguerite Pierre, CEA
    marguerite [dot] pierre [at] cea [dot] fr, 01 69 08 34 92
  • Sophie Maurogordato, OCA
    Sophie [dot] Maurogordato [at] oca [dot] eu, 04 92 00 31 50

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