Nous étudions les amas de galaxies, objets constitués de plusieurs milliers de galaxies réunies dans une structure virialisée. Ils constituent les noeuds de la toile cosmique et leur étude nous renseignent sur la formation, l’évolution des structures de l’Univers et les modèles cosmologiques sous jacent.
Ces études sont observationnelles (visible, rayons X, effet SZ) et théoriques (simulations numériques).
Nous utilisons des télescopes spatiaux, au sol, ainsi que des calculateurs locaux et nationaux.
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Rayons X
Les amas de galaxies sont des assemblées massives de galaxies qui hébergent de gigantesques réservoirs de gaz. La température y est si élevée que des rayons X y sont produits. Ces structures sont utiles aux astronomes car leur construction est influencée par des composants comme la matière noire et l’énergie noire. Leur détection dans les X à différentes étapes de l’histoire de l’Univers permet donc de contraindre les modèles cosmologiques. Bien que la radiation de haute énergie qui permet de les localiser soit absorbée par l’atmosphère terrestre, ils peuvent être détectés depuis l’espace par des observatoires en rayons X. Nous les étudions donc dans ces longueurs d’onde par divers moyens spatiaux.
En premier lieu, le sondage XXL, allocation de temps la plus importante jamais accordée sur le télescope XMM, a commencé l’étude de ces monstres cosmiques en 2011, en coordination avec des observations de l’ESO et d’autres observatoires. Le but principal du sondage XXL est de fournir un échantillon bien définis de quelques 500 amas de galaxies situés jusqu’à des distances si lointaines qu’on les observe alors que l’Univers n’avait que la moitié de son âge actuel.
Nous menons également des études sur des structures de galaxies stratégiques dans ces domaines de longueur d’onde très énergétiques. Ceci nous permet d’aborder leur phase de construction de facon combinée au moyen des satellites X Chandra et XMM pour des populations particulières d’amas comme les groupes fossiles, les amas hyper-massifs, ou en phase de fusion.
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Lentilles Gravitationnelles
De part sa masse, un amas de galaxies déforme localement l’espace temps, si bien que la trajectoire des rayons lumineux provenant de galaxies d’arrière plan se trouve déviée, un phénomène dit de « Lentilles Gravitationnelles » (gravitational lensing).
Si les rayons lumineux passent dans la périphérie de l’amas, leur trajectoire sera légèrement déviée et on peut observer une déformation statistique de la forme des galaxies d’arrière plan, le régime de « Lentilles Faibles » (weak lensing). Ce régime permet d’étudier la distribution de masse de l’amas depuis le centre jusqu’à sa périphérie.
Si les rayons lumineux passent dans le coeur de l’amas, des images multiples peuvent apparaître, le régime de « Lentilles Fortes » (strong lensing).
Nous disposons au LAM d’une expertise reconnue internationalement dans le domaine des lentilles gravitationnelles à l’échelle des amas de galaxies. Notamment nous développons le logiciel Lenstool qui est largement utilisé par notre communauté.
Nous utilisons les lentilles gravitationnelles fortes pour produire des cartes de la distribution de masse dans le coeur des amas et les lentilles gravitationnelles faibles pour des études statistiques.
Actuellement, nous travaillons sur les projets Hubble Frontier Fields, BUFFALO, DESI, …
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Sondes Cosmologiques
Les études entreprises permettent d’utiliser les amas en tant que sondes cosmologiques.
Sur les grands relevés, étudier la fonction de masse [N. Martinet].
Sur les amas individuels, notamment les études en lentilles gravitationnelles permettent de contraindre les paramètres cosmologiques [E. Jullo, M. Limousin].
