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XMM-Newton perce les secrets des amas galactiques fossiles

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Les amas galactiques fossiles demeurent un mystère pour les astronomes. Compte tenu de l'âge de l'univers, les modèles actuels montrent que ces amas ne devraient pas avoir eu le temps de se former !

Chandra, télescope spatial spécialisé dans l'observation des sources de rayons X

Les nouvelles observations des télescopes spatiaux XMM-Newton et Chandra permettent aux astronomes de mieux comprendre le comportement de ces systèmes cosmologiques des plus complexes.

L'amas de galaxies fossile RX J1416.4+2315 En bleu apparaissent les émissions dans les rayons X du gaz chaud qui entoure cette gigantesque galaxie elliptique (Crédits : Khosroshahi, Maughan, Ponman, Jones, ESA)

Le mystère des amas galactiques fossiles

De nombreuses galaxies se regroupent en amas, où elles interagissent avec leurs voisines et avec la matière noire. Ces interactions gravitationnelles poussent naturellement les grandes galaxies vers le centre de l'amas galactique. Une fois au cœur, elles peuvent fusionner en une galaxie géante, susceptible d'attirer et d'avaler toutes ses petites sœurs. Lorsque cette galaxie géante n'a plus rien à « manger », elle devient un « groupe fossile » flottant dans un halo de matière noire.

Le fait qui intrigue le plus les astronomes reste que, en théorie, l'univers est trop jeune pour que les amas fossiles massifs aient pu se former. Autrement dit, sur le papier, ces amas ne devraient pas avoir eu le temps de se créer ! Cependant, les modèles considèrent que lorsque les galaxies se dirigent vers le cœur d'un amas galactique pour y fusionner, elles décrivent des trajectoires en spirales. Si l'on prend comme hypothèse qu'elles empruntent un chemin asymétrique, par exemple de la forme d'un filament, la « friction dynamique » serait plus forte, et la création de l'amas fossile plus rapide.

Qu'est-ce que la friction dynamique ? C'est le processus principal qui intervient lors de la formation des amas fossiles, et qui voit l'énergie des galaxies transférée à la matière noire qui les environne. Un processus qui gagne en efficacité quand les galaxies ralentissent.

Le télescope spatial XMM-Newton (Crédits : ESA)

De nouvelles observations

Une équipe internationale s'est appuyée sur les télescopes spatiaux XMM-Newton et Chandra pour observer en détails 'RX J1416.4+2315', l'amas fossile le plus chaud et le plus massif connu à ce jour, qui flotte à 1,5 milliard d'années lumière de la Terre. Des analyses optiques et infrarouges ont révélé que le groupe fossile est niché dans un gigantesque halo de gaz chaud qui s'étend sur plus de trois millions d'années lumière, et dont la température avoisine allègrement les 50 millions de degrés ! Ce nuage est ainsi deux fois plus chaud que prévu.

Outre la température et l'extension de son nuage de gaz, l'amas fossile présente également une masse des plus colossales (300 000 milliards de masses solaires), masse dans laquelle les étoiles ne représentent que 2 %, et le gaz chaud émettant des rayons X que 15 %. C'est donc la matière noire, difficile à détecter par son absence de rayonnement, qui « pèse » le plus lourd et lie gravitationnellement l'ensemble.

D'après les astronomes, les émissions de rayons X « allongées » observées dans 'RX J1416.4+2315' tendent à prouver que les galaxies tombant au centre de l'amas suivent effectivement une trajectoire en filament, et non en spirale comme prévu dans les modèles théoriques.

Ces observations devraient permettre d'ajuster les modèles cosmologiques, et de mieux comprendre comment des systèmes aussi extrêmes que les amas galactiques fossiles se développent.

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