Des astrophysiciens du SLAC National Accelerator Laboratory et de l’Université de Stanford ont mesuré l’émission de rayons X des amas de galaxies, ce qui a révélé la répartition de la matière en leur sein. À leur tour, les données ont aidé les scientifiques à tester le modèle Lambda-CDM – la théorie dominante de la structure et de l’évolution de l’Univers.
Cette impression d’artiste montre l’évolution de l’Univers en commençant par le Big Bang sur la gauche suivi de l’apparition du Fond Cosmique Micro-ondes. La formation des premières étoiles met fin à l’âge sombre cosmique, suivi de la formation des galaxies. Crédit image : M. Weiss / Centre d’astrophysique Harvard-Smithsonian.
Déduire les distributions de masse des amas de galaxies à partir de leur émission de rayons X est plus fiable lorsque l’énergie dans le gaz à l’intérieur des amas est équilibrée par l’attraction de la gravité, qui maintient l’ensemble du système ensemble.
Les mesures des distributions de masse dans les clusters réels se concentrent donc sur ceux qui se sont stabilisés à un état détendu.
Lors de la comparaison avec les prédictions théoriques, il est donc essentiel de prendre en compte cette sélection de clusters relaxés.
Gardant cela à l’esprit, la physicienne de l’Université de Stanford Elise Darragh-Ford et ses collègues ont examiné les clusters simulés par ordinateur produits par le projet Three Hundred.
Tout d’abord, les chercheurs ont calculé à quoi devrait ressembler l’émission de rayons X pour chaque cluster simulé.
Ensuite, ils ont appliqué les mêmes critères d’observation utilisés pour identifier les amas de galaxies relaxés à partir de données réelles aux images simulées pour vanner l’ensemble.
Les chercheurs ont ensuite mesuré les relations entre trois propriétés – la masse de l’amas, la concentration centrale de cette masse et le décalage vers le rouge des amas, qui reflète l’âge de l’Univers au moment où la lumière que nous observons a été émise – pour le projet Three Hundred simulé clusters et 44 clusters réels observés avec l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA.
Ils ont trouvé des résultats cohérents à partir des deux ensembles de données : dans l’ensemble, les clusters sont devenus plus centralisés au fil du temps, tandis qu’à un moment donné, les clusters moins massifs sont plus concentrés au centre que les plus massifs.
“Les relations mesurées concordent extrêmement bien entre l’observation et la théorie, fournissant un soutien solide au paradigme Lambda-CDM”, a déclaré Darragh-Ford.
“À l’avenir, nous espérons pouvoir étendre la taille des ensembles de données d’amas de galaxies observés et simulés dans leur analyse.”
L’ouvrage a été publié dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
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Élise Darragh-Ford et al. 2023. La relation concentration-masse des amas de galaxies massifs et dynamiquement relaxés : accord entre les observations et les simulations ΛCDM. MNRAS 521(1) : 790-799 ; doi : 10.1093/mnras/stad585
