Cosmologie et hydrodynamique
par Jean-Pierre Chièze et Romain Teyssier
Au cours de l'effondrement d'une région surdense, lorsque la vitesse de chute libre devient supersonique, une onde de choc apparait. Ces ondes de chocs sont responsables de la thermalisation du gaz primordial au sein des galaxies et des amas de galaxies. Elles dissipent l'énergie cinétique en énergie thermique. Après le passage de l'onde de choc, le gaz est très chaud et quasiment au repos. On parle alors d'équilibre hydrostatique. L'étude de ces ondes de chocs cosmiques est très importante, car ce sont elles qui déterminent la structure thermodynamique des galaxies et des amas que nous observons aujourd'hui.
Ondes de choc cosmiques
Un choc est un phénomène très violent (l'exemple le plus connu est le "bang" des avions supersoniques), caractérisé par des temps d'évolution très court. Juste après un choc, la matière est encore soumise à des effets thermodynamiques hors équilibre. On sait par exemple que les ions et les électrons ont des températures cinétiques différentes, qui ne s'équilibrent que progressivement sous l'effet des collisions microscopiques entre les particules du plasma. Les observations ne donnent accès qu'à la température électronique, mais pas à la température ionique. Une bonne connaissance de la structure interne des amas de galaxies nécessitent la prise en compte de ces phénomènes hors équilibre.Formation d'un amas de galaxies
Pour quantifier le rôle des effets hors équilibre dans les chocs cosmiques, nous avons simulé à 3D la formation d'un amas de galaxies dans le scénario "Cold Dark Matter". Il est en effet fondamental de tenir compte de la nature tridimensionnelle de l'effondrement d'un amas, car la géométrie plutôt compliquée des réseaux de filaments que l'on observe à grande échelle influent directement sur la vitesse et la direction des ondes de chocs. Sur les cartes en température, les ondes de chocs sont aisément reconnaissables à leur structure en bulle autour du centre de l'amas. On remarque que les ions sont sensiblement plus chauds que les électrons, l'écart pouvant atteindre un facteur 3. Il sera possible dans un futur proche de détecter ces écarts, ce qui nous permettra de mieux connaître la structure de ces grands chocs cosmiques. Dans la région centrale de l'amas, les températures des ions et des électrons sont égales. La densité y est suffisamment forte pour assurer un retour rapide à l'équilibre thermodynamique. En revanche, cette région est le siège des processus de refroidissement dont nous allons parler maintenant
Figures 5 et 6 : cartes de la densité de gaz (à gauche) et de matière noire (à droite). On reconnaît la structure en filaments avec l'amas très dense (en rouge) au centre.
Figures 7 et 8 : cartes de la température des électrons (à gauche) et des ions (à droite). Les régions chaudes sont en rouge (100 millions de degrés) et les régions froides en bleu (1 millions de degrés).
#1017 - Màj : 21/12/2006
• Structure et évolution de l'Univers › Evolution des grandes structures et des galaxies
• Le Département d'Astrophysique (DAp) // UMR AIM
• Groupe simulation • Modélisation des Plasmas Astrophysiques
