En utilisant l’Atacama Big Millimeter/submillimeter Array (ALMA), dont l’ESO est un partenaire, les astronomes ont découvert un grand réservoir de gaz chaud dans l’amas de galaxies encore en development autour de la galaxie Spiderweb – la détection la moreover éloignée d’un tel gaz chaud à ce jour. Les amas de galaxies sont parmi les plus grands objets connus de l’Univers et ce résultat, publié aujourd’hui dans Character, révèle en outre à quel place ces buildings commencent à se former.
Les amas de galaxies, comme leur nom l’indique, hébergent un grand nombre de galaxies, parfois même des milliers. Ils contiennent également un vaste “milieu intra-amas” (ICM) de gaz qui imprègne l’espace entre les galaxies de l’amas. Ce gaz dépasse en effet considérablement les galaxies elles-mêmes. Une grande partie de la physique des amas de galaxies est bien comprise cependant, les observations des premières phases de formation de l’ICM restent rares.
Auparavant, l’ICM n’avait été étudié que dans des amas de galaxies proches entièrement formés. La détection de l’ICM dans des protoamas éloignés – c’est-à-dire des amas de galaxies encore en development – permettrait aux astronomes d’attraper ces amas dans les premiers stades de la development. Une équipe dirigée par Luca Di Mascolo, leading auteur de l’étude et chercheur à l’Université de Trieste, en Italie, souhaitait détecter l’ICM dans un protocluster dès les premiers stades de l’Univers.
Les amas de galaxies sont si massifs qu’ils peuvent rassembler du gaz qui s’échauffe lorsqu’il tombe vers l’amas. “Les simulations cosmologiques prédisent la présence de gaz chauds dans les protoamas depuis moreover d’une décennie, mais les confirmations observationnelles manquent”, explique Elena Rasia, chercheuse à l’Institut countrywide italien d’astrophysique (INAF) à Trieste, en Italie, et co-auteur de l’étude. “La poursuite d’une telle affirmation observationnelle clé nous a conduits à sélectionner avec soin l’un des protoclusters candidats les as well as prometteurs.” C’était le protocluster Spiderweb, situé à une époque où l’Univers n’avait que 3 milliards d’années. Bien qu’il s’agisse du protocluster le furthermore étudié, la présence de l’ICM est restée insaisissable. Trouver un grand réservoir de gaz chaud dans le protocluster Spiderweb indiquerait que le système est en passe de devenir un véritable amas de galaxies de longue durée plutôt que de se disperser.
L’équipe de Di Mascolo a détecté l’ICM du protocluster Spiderweb grâce à ce que l’on appelle l’effet thermique Sunyaev-Zeldovich (SZ). Cet effet se produit lorsque la lumière du fond cosmique des micro-ondes – le rayonnement relique du Major Bang – passe à travers l’ICM. Lorsque cette lumière interagit avec les électrons en mouvement rapide dans le gaz chaud, elle gagne un peu d’énergie et sa couleur, ou sa longueur d’onde, adjust légèrement. “Aux bonnes longueurs d’onde, l’effet SZ apparaît donc comme un effet d’ombre d’un amas de galaxies sur le fond diffus cosmologique”, explique Di Mascolo.
En mesurant ces ombres sur le fond diffus cosmologique, les astronomes peuvent donc déduire l’existence du gaz chaud, estimer sa masse et cartographier sa forme. “Grâce à sa résolution et sa sensibilité inégalées, ALMA est la seule installation actuellement able d’effectuer une telle mesure pour les progéniteurs distants d’amas massifs”, explique Di Mascolo.
Ils ont déterminé que le protocluster Spiderweb contient un vaste réservoir de gaz chaud à une température de quelques dizaines de millions de degrés Celsius. Auparavant, du gaz froid avait été détecté dans ce protocluster, mais la masse de gaz chaud trouvée dans cette nouvelle étude l’emporte des milliers de fois. Cette découverte montre que le protocluster Spiderweb devrait en effet se transformer en un amas de galaxies massif dans environ 10 milliards d’années, augmentant sa masse d’au moins un facteur dix.
Tony Mroczkowski, co-auteur de l’article et chercheur à l’ESO, explique que “ce système présente d’énormes contrastes. La composante thermique chaude détruira une grande partie de la composante froide à mesure que le système évolue, et nous assistons à une changeover délicate”. Il conclut que “cela fournit une confirmation observationnelle des prédictions théoriques de longue day sur la development des furthermore grands objets gravitationnellement liés de l’Univers”.
Ces résultats aident à jeter les bases de synergies entre ALMA et le prochain télescope extrêmement grand (ELT) de l’ESO, qui “révolutionnera l’étude de constructions comme la toile d’araignée”, déclare Mario Nonino, co-auteur de l’étude et chercheur à l’Astronomical Observatoire de Trieste. L’ELT et ses devices de pointe, tels que HARMONI et MICADO, pourront scruter les protoamas et nous en dire moreover sur les galaxies qu’ils contiennent. Avec les capacités d’ALMA à tracer l’ICM en development, cela fournira un aperçu very important de l’assemblage de certaines des in addition grandes structures de l’Univers primordial.