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Etonnante image d'une collision entre quatre amas de galaxies

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Balbutiante, l'étude des interactions entre amas de galaxies a déjà fourni des preuves convaincantes en faveur de l'existence de la matière noire et met en évidence des phénomènes spectaculaires. Les télescopes Hubble, Chandra et Keck viennent de montrer une formidable collision entre quatre amas de galaxie, riche en enseignements.

Cette image de MACSJ0717 montre dans des cercles les quatre amas de galaxies impliqués dans la collision, ainsi que la direction des mouvements pour les trois amas les plus rapides. La longueur des flèches indique la vitesse approximative dans une direction perpendiculaire à la ligne de visée. Notez que la direction du mouvement des amas est à peu près parallèle à la direction du filament. Les données de l'Observatoire Keck ont été utilisées pour calculer les vitesses des amas le long de la ligne de visée, ce qui permet d’en déduire la géométrie en trois dimensions et la dynamique de MACSJ0717. Crédit : en rayon X (Nasa/CXC/IfA/C. Ma et al.); dans le visible (Nasa/STScI/IfA/C. Ma et al.)

L'idée que des galaxies puissent entrer en collision est déjà formidablement impressionnante. Mais que dire lorsque l'on apprend que les amas de galaxies connaissent aussi ce genre de cataclysme à l'échelle, non pas des centaines de milliers d'années-lumière, mais des millions d'années-lumière ?

Les astrophysiciens et les cosmologistes ne sont pas vraiment surpris par ces collisions gigantesques. Les calculs et les simulations numériques concernant la formation des grandes structures filamenteuses rassemblant des amas de galaxies sous l'influence de l'attraction gravitationnelle de la matière noire prévoyaient leur occurrence. Ils les voyaient par exemple dans la fameuse Simulation du millénaire.

Cliquer pour agrandir. Une photo dans le visible, obtenue avec le télescope Hubble, de MACSJ0717.5+3745. Crédit : Nasa/STScI/IfA/C. Ma et al.

Des collisions entre deux amas de galaxies étaient observées depuis un certain temps. La plus célèbre est sans aucun doute celle du Bullet cluster. Les observations menées avec les télescopes Chandra et Hubble en 2006 avaient spectaculairement soutenu la théorie de la matière noire dont l'existence est maintenant admise par la majorité des astrophysiciens, même si certains continuent à penser que les modifications de la loi de la gravitation de Newton à grande échelle, proposées par Mordehai Milgrom et Jacob Benkestein, sont tout de même à prendre en compte.

Une image de MACSJ0717.5+3745 en rayons X. Un filament de gaz chaud est bien visible et il aboutit à la collision des 4 amas. Le rectangle blanc délimite la zone où les observations de Hubble et du télescope Keck ont été combinées pour donner la photo en bas de l'article. Crédit : Nasa/CXC/IfA/C. Ma et al.

Ce sont encore les télescopes spatiaux Hubble et Chandra qui nous révèlent aujourd'hui, avec l'aide du télescope Keck du Mauna Kea à Hawaï, l'existence d'une quadruple collision entre amas de galaxies.

Situé à 5,4 milliards d'années-lumière et s'étendant sur une distance de 13 millions d'années-lumière, l'objet dénommé MACSJ0717.5+3745 est constitué de quatre amas de galaxies en chute libre les uns vers les autres, en association avec un filament de gaz et de matière noire. Comme dans le cas des amas de galaxies, le gaz inter-amas est porté à des températures dépassant le million de kelvins et rayonne dans le domaine des rayons X.

Les observations confirment ce que les simulations prédisaient. Les amas de galaxies les plus massifs croissent là où se croisent les filaments de gaz intergalactique, de galaxies et de matière noire. On le voit clairement en traçant la dynamique des gaz et des amas de galaxies, qui sont orientés, en moyenne, selon la direction du filament. En combinant les observations à différentes échelles de longueur d'onde, ici optique et X, les astrophysiciens ont obtenu une stupéfiante image en 3D de cette collision. Bien des choses sont encore à découvrir, comme la température exacte du gaz chauffé et les détails fins de la croissance des amas lors de ces collisions dans les filaments.

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