Les applications scientifiques du XMM-LSS
par Marguerite Pierre
- Cartographier la distribution des amas de galaxies jusqu'à des époques où l'univers avait 1/3 - 1/5 de son âge (à des redshifts d'environ 1-2).
Ceci est fondamental pour notre connaissance de la formation des grandes structures puisque les amas sont issus des rares fluctuations primordiales de forte amplitude: ce sont les objets les plus massifs en état d'équilibre connus dans l'univers. On obtiendra ainsi la carte des "noeuds des structures" par le passé.
- Où se situent les quasars par rapport aux amas de galaxies et aux filaments?
L'origine de la distribution spatiale des quasars est toujours un mystère, probablement lié à la genèse de ces objets... dont on ne sait pas grand grand chose, même si actuellement, l'existence d'un trou noir au centre de ces galaxies ne fait plus de doute.
- Existe-t-il des amas de galaxies distants très massifs?
C'est aussi une des questions cruciales de la cosmologie actuelle, qui est complémentaire de l'approche "grandes structures". En effet, si la densité moyenne de l'univers est élevée, la formation et l'évolution des amas de galaxies est rapide; par conséquents, les gros amas de galaxies ne peuvent s'être formés que récemment. Les observations du XMM-LSS permettront de sonder l'existence d'amas massifs jusqu'à un redshift de 2 - exclue pour les modèles cosmologiques à densité sur-critique - et donc d'apporter une reponse sans équivoque.
- Où se situent les quasars par rapport aux amas de galaxies et aux filaments?
Du fait de sa très haute température, le gaz X suit bien mieux que les galaxies individuelles le potentiel gravitationnel sous-jacent crée par la distribution de la matière noire. Ainsi, une carte X à grande échelle donne une excellente représentation de la répartition de la masse dans l'univers et donc, des régions où la géométrie de l'espace est fortement courbée - comme l'enseigne la Relativité Générale. D'une manière totalement indépendante, il est possible d'inférer la distribution de la matière noire à grande échelle par l'analyse - dans la bande visible - des distorsions des images de galaxies d'arrière-plan par amplification gravitationnelle. La combinaison d'une carte X d'une portion d'univers avec l'étude statistique des formes apparentes de galaxies très distantes vues "au travers" des structures doit conduire à une détermination très précise, car auto-cohérente, de la masse cosmique et de sa distribution.
- L'émission du fond fossile cosmique à 2,7 degrés K (mesurée avec une très grande précision par COBE) nous apparaît avec une température supérieure lorsqu'elle est observée au travers d'un amas de galaxies. L'effet a été prédit par Sunyaev & Zel'dovich en 1972: les photons du fond cosmique sont diffusés par effet Compton inverse sur les électrons du gaz X ce qui conduit à accroître leur température apparente d'environ un millième. L'effet est faible mais, aujourd'hui, il est effectivement observé par des radio-télescopes très sensibles. Le taux de réchauffement du fond cosmique est proportionnel à la température et à la densité du gaz intra-amas traversé, alors que l'émission X des amas est proportionnelle au carré de la densité et à la racine carrée de la température. Ainsi, la combinaison de cartes X et Sunyaev-Zel'dovich en radio permet d'obtenir deux complémentaires indépendantes des propriétés du milieu intra-amas. Et comme l'amplitude de l'effet Sunyaev-Zel'dovich est indépendante de la distance des amas (par opposition à l'émissivité X) il est possible d'en déduire la valeur de Ho.
- Grâce ou couplage du XMM-LSS avec les instruments au sol (MEGACAM et VIRMOS) dans la bande visible, il sera possible de suivre conjointement l'évolution des amas de galaxies ainsi que des quasars dans les bandes X (gaz) et visible (galaxies) jusqu'à des époques où l'univers était âgé seulement d'environ 2 milliards d'années. Et ils se peut fort bien que la situation soit tout à fait différente de celle de l'univers local; par exemple: observe-t-on des "amas de galaxies" lumineux en X mais sans galaxies dans la bande visible... ou vice et versa?
- Enfin, 10 degrés carrés du XMM-LSS seront observés par le satellite infra-rouge SIRTF dans le cadre du Legacy Programme "SWIRE" (2002). Cette unique combinaison des bandes X, optique et infra-rouge, permettra une nouvelle vision de la distribution de matière non seulement chaude (X), visible (galaxies), noire (distorsions gravitationnelles) mais aussi obscurcie par la poussiere (infra-rouge). En effet, les flambées de formation d'étoiles dans les galaxies sont accompagnées de production massive de poussière qui absorbe une large fraction de la lumière émise par ces galaxies. Celles-ci deviennent donc peu détectables par les moyens habituels, mais en revanche, très brillantes dans le domaine infra-rouge grâce à l'émission intense de la poussière chauffée par l'émission énergetique des étoiles jeunes et massives. Cet effet peut atteindre des conditions extrêmes dans le cas de certains quasars. Il sera donc possible d'étudier pour la première fois d'une manière statistique comment les mécanismes de formation d'étoiles ou de noyaux actifs sont induits ou entravés par les conditions d'environnement extérieures au galaxies, principalement données par les propriétes du gaz X et de la matière noire.
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#1011 - Màj : 20/12/2006
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