Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

Les modèles les plus simples de formation des amas par effondrement gravitationnel prédisent que la structure interne de tous les amas est similaire et que la densité moyenne de matière (dominée par la matière noire) à l'intérieur d'un amas observé à un décalage vers le rouge donné est proportionnelle à la densité de l'Univers à ce décalage vers le rouge. La densité de l'Univers augmentant avec le décalage vers le rouge (en (1+z) au cube), on s'attend donc à ce que les amas plus distants soient plus denses que les amas proches. Dans ce modèle standard, le gaz suit la matière noire et la fraction de gaz dans les amas est simplement la fraction de gaz de l'Univers. La fraction de gaz dans les amas n'évolue donc pas et la densité du gaz des amas va aussi augmenter avec le décalage vers le rouge, comme la densité de matière noire.
Nous avons comparé le profil radial de l'intensité X (proportionnel à l'intégrale sur la ligne de visée de la densité de gaz au carré) de RXJ1120.1+4318 au profil moyen des amas proches (tiré de Neumann & Arnaud, 2001, A&A, 373, L33). Pour tester le modèle décrit plus haut, les données ont été normalisées en fonction de la densité de l'Univers au décalage vers le rouge correspondant. Le rayon est normalisé par le rayon du viriel. La figure 2 montre les points de mesure de RXJ1120.1+4318, le profil moyen des amas proches (trait continu), la dispersion typique autour du profil moyen (traits en pointillé). On observe un excellent accord entre le profil normalisé de RXJ1120.1+4318 et celui des amas proches: forme et intensité similaire. Le profil de température est aussi similaire au profil des amas proches. Ces données, similarité de forme et densité de gaz évoluant comme la densité de l'Univers, suggèrent que le modèle simple de formation est valide.

Nous savons cependant, par l'observation des amas proches, que ce modèle simple de formation, faisant uniquement intervenir la gravitation, ne suffit pas à expliquer toutes les observations. En particulier un excès d'entropie est observée au coeur des amas froids. L'origine de cet excès reste inexpliqué: il pourrait être lié au refroidissement radiatif, au chauffage supplémentaire par des noyaux actifs de galaxies (AGN) ou des vents galactiques. Nous ne savons pas non plus quand ces processus ont lieu.
RXJ1120.1+4318 fournit des indications très intéressantes. On observe dans le centre de cet amas une entropie remarquablement similaire à l'excès d'entropie observé dans les amas proches. L'amas étant jeune, il n'a pas eu le temps de ce refroidir. Ces données favorisent clairement les modèles de chauffage et, au vu du décalage vers le rouge de l'amas, indiquent que ce processus de chauffage supplémentaire a lieu à grand décalage vers le rouge.

Cette observation fait partie d'une étude systématique en cours des propriétés des amas distants avec le satellite XMM. Nous espérons ainsi mieux contraindre les scénarios de formation, mais aussi les paramètres cosmologiques. Les quantités mesurées dépendent en effet de la distance et donc des paramètres cosmologiques "Omega" et "Lambda", ainsi que le modèle d'évolution de l'Univers. Cette dépendance n'est cependant pas assez forte pour donner des contraintes à partir d'un seul amas.