Illustration d'artiste du télescope spatial XMM-Newton de l'ESA, fleuron de l'astronomie européenne dans le domaine des rayons X. Crédit : ESA
L’univers énergétique d’XMM-Newton s’associe à la vision du ciel du satellite Euclid. Mille heures d’observations en rayons X, sur une région grande comme 40 fois la lune, viendront compléter les études multi-longueur d’onde sur l’évolution cosmique des amas de galaxies. Une association déterminante pour contraindre les scénarios cosmologiques et révéler la nature de l’énergie sombre.
Les grands relevés astronomiques depuis le ciel
En deux décennies, les grands relevés multi-longueur d’onde du ciel sont devenus un des éléments constitutifs des grands observatoires actuels, que ce soit depuis le sol ou l’espace.
Lancé en 1999 par l’ESA, XMM-Newton a été conçu avant tout pour l’étude détaillée du rayonnement X des astres. Grâce à son champ de vue (30’, équivalent à la taille apparente de la lune), sa bonne qualité d’image et sa grande surface collectrice, il s’est imposé comme l’instrument idéal pour cartographier le ciel entre 1 et 100 Å. A ces énergies de l’ordre du keV, on rencontre principalement deux types d’objets à haute latitude galactique : les noyaux actifs de galaxies (ponctuels) et les amas de galaxies (sources étendues), qui tracent notamment l’histoire de la structuration de l’univers.
Le satellite Euclid de l’ESA, lancé avec succès le 1er juillet 2023, va réaliser une cartographie profonde du ciel extragalactique dans les domaines visibles et infra-rouges. Le relevé ‘Wide’ recensera quelques centaines de milliers d’amas répartis sur les 10 derniers milliards d’années de l’histoire de l’Univers. Des observations ‘Deep’, 50 fois plus profondes, se concentreront sur trois régions spécifiques du ciel afin de tirer profit de l’exceptionnelle qualité d’image d’Euclid jusqu’à des époques encore plus reculées. L’une d’elle, nommé EDFF (Euclid Deep Fields Fornax) s’étend sur 10 deg2 dans la constellation Fornax (la Fournaise).
Carte du ciel en coordonnées galactiques. Les régions bleues délimitent le survey Wide Euclid. Les trois taches jaunes sont les surveys Deep. XMM-Newton observera pendant 1000 heures, la région de 10 deg2 encadrée en rouge (dans la constellation de Fornax). Crédit(s) : Euclid – Projet XEDFF
Une vision multi-longueur d’onde de l’univers à la recherche de l’énergie sombre
Les plus grands observatoires (ESO, Keck, Subaru, Spitzer, MeerKAT, etc) ont déjà planifié une partie de leurs moyens pour couvrir EDFF en imagerie (optique, infra-rouge, radio) et en spectroscopie afin de compléter la mission Euclid à la recherche de la matière noire.
En décembre 2023, suite à l’appel triennal XMM "Heritage", 1000 heures ont été allouées pour réaliser la contrepartie en rayons X du champ EDFF. Ceci constitue en outre le plus gros programme d’XMM réalisé depuis son lancement. Cette vision de l’univers énergétique, combinée aux données Euclid et multi-longueur d’onde, apportera une vision indépendante et complémentaire des phénomènes physiques responsables de l’évolution des amas de galaxies et de l’activité des noyaux actifs de galaxies. Les observations XMM se dérouleront sur 3 ans de mai 2024 à avril 2027
Les amas de galaxies vus par Euclid et XMM portent deux signatures différentes : en optique, c’est celle des populations stellaires des galaxies d’amas, alors qu’en X c’est celle de l’émission du plasma ionisé, porté à plusieurs dizaines de millions de degrés, remplissant l’espace entre les galaxies d’amas. L’analyse statistique conjointe des deux relevés permettra de modéliser sans ambiguïté la population d’amas du Deep EDFF non détectée dans le relevé Wide et de reconstituer les comptages d’amas en fonction de leur masse et du temps. Ces comptages seront déterminants pour contraindre les scénarios cosmologiques et révéler la nature de l’énergie sombre.
Une vingtaine de chercheurs européens et japonais a participé à l’élaboration du projet Heritage XMM Fornax, dont cinq appartiennent à des instituts français : Le CEA (IRFU), l’Observatoire de la Côte d’Azur et l’Institut d’Astrophysique de Paris.
L’ensemble des observations XMM Fornax et multi-longueur d'onde associées constituera une "mine de photons" d’une richesse sans égale, pour les quelque 2500 membres de la grande communauté Euclid.
Contact: Maguerite Pierre
• Structure et évolution de l'Univers › Evolution des grandes structures et des galaxies
• Le Département d'Astrophysique // UMR AIM (DAp)
• Laboratoire d'Étude des Phénomènes Cosmiques de Haute Énergie
