Un nouvel éclairage sur les vastes structures cosmiques
Les amas de galaxies sont parmi les plus grandes structures de l’univers et sont maintenus ensemble par la gravité. Ils contiennent des centaines, voire des milliers de galaxies, de grandes quantités de gaz chaud et de matière noire. «Au fil du temps, les amas se développent en fusionnant avec d’autres amas et en attirant de la matière de leur environnement», explique le coordinateur du projet ClusterWeb Reinout van Weeren(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) de l’université de Leyde(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) aux Pays-Bas. «Cette matière s’écoule le long de longues structures appelées filaments de la toile cosmique.»
Gaz, galaxies et matière noire
Ces filaments, constitués de gaz, de galaxies et de matière noire, s’étendent à travers l’univers et relient différents amas. Les radiotélescopes ont détecté de faibles émissions radio provenant d’amas de galaxies, produites par des particules hautement énergétiques qui se déplacent à une vitesse proche de celle de la lumière. «L’une des principales questions en suspens est de savoir comment ces particules sont accélérées pour atteindre d’aussi hautes énergies», explique Reinout van Weeren. «L’objectif de ce projet était d’étudier l’origine de cette émission radio et de déterminer les processus physiques qui accélèrent ces particules.» ClusterWeb, soutenu par le Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), a concentré ses efforts sur l’observation des amas de galaxies et des filaments de la toile cosmique à très basse fréquence radio, où l’émission radio est généralement plus brillante et donc plus facile à détecter. Reinout Van Weeren et ses collègues se sont appuyés sur les observations du radiotélescope LOFAR(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), un réseau européen conçu pour observer le ciel à de basses fréquences radio. «Notre étude s’est concentrée sur plusieurs centaines d’amas de galaxies», explique-t-il. «Notre objectif était de créer des images détaillées et de comprendre comment l’émission radio est liée à des propriétés telles que la masse de l’amas et l’activité de fusion.»
Images haute résolution d’amas et de filaments
Bien que LOFAR ait permit à l’équipe du projet de bénéficier d’une sensibilité et d’une résolution bien supérieures à celles des télescopes précédents, l’exploitation des données est restée difficile. «Tout d’abord, le volume de données est énorme, ce qui exige un traitement informatique avancé», confie Reinout van Weeren. «Deuxièmement, à ces basses fréquences, l’ionosphère terrestre déforme les ondes radio entrantes, ce qui brouille les images. Une grande partie du projet a donc consisté à développer de nouvelles techniques pour corriger ces distorsions, ce qui nous a permis de produire des images claires et à haute résolution des amas et des filaments.» Le projet a pu démontrer que les chocs et les turbulences créés lors des fusions d’amas sont responsables de l’accélération des particules jusqu’à de très hautes énergies. L’équipe a également pu mesurer les propriétés des champs magnétiques au sein des amas et des filaments, qui jouent un rôle clé dans la formation de l’émission radio. «Nous avons également observé que les jets des trous noirs supermassifs situés dans les galaxies de l’amas peuvent injecter des particules énergétiques dans le gaz chaud de l’amas et considérablement influencer son comportement», ajoute Reinout van Weeren.
Comment se forment les amas et comment évoluent les champs magnétiques
Ces résultats aideront les scientifiques à mieux comprendre les processus physiques, en particulier l’accélération des particules, qui se produisent dans l’ensemble de l’univers. Ils permettent également de comprendre l’évolution des plus grandes structures cosmiques, telles que les amas et les filaments, au fil du temps. «D’un point de vue technique, les méthodes que nous avons développées pour corriger les données radio déformées peuvent à présent être appliquées plus largement, améliorer la qualité des images pour d’autres observations radio et permettre de nouvelles découvertes», explique Reinout van Weeren. La prochaine étape consistera à étudier des amas plus éloignés et leurs connexions avec les filaments, afin de mieux comprendre la formation des amas, ainsi que la naissance et l’évolution des champs magnétiques. Cela exigera des observations plus approfondies et la combinaison de données provenant de plusieurs fréquences radio afin d’obtenir une image plus complète de ces environnements complexes.