24 Octobre 2018

Les rayons X confirment le modèle cosmologique standard

Pour la 1ere fois, une carte en 3D de l'Univers lointain observé en rayons X retrace l'évolution de la structure du cosmos. Bâtie sur les observations du satellite XMM-Newton, cette carte inédite confirme et améliore les paramètres du modèle cosmologique standard.

Entre 2010 et 2013, le satellite XMM-Newton a passé plus de 2000h à capter les rayons X provenant de 2 grandes régions du ciel dans le cadre du projet XXL. Ce projet hors norme, qui rassemble une centaine de scientifiques internationaux, a permis de détecter un nombre considérable d’amas de galaxies lointains et de noyaux galactiques actifs (des galaxies possédant un trou noir super-massif en leur centre), seuls objets à émettre des rayons X hors de la Voie lactée.

En 2015, un 1er catalogue comportant 100 amas galactiques et 1 000 noyaux galactiques actifs (AGN) avait été publié. Le 2e catalogue, présenté dans le numéro spécial d'Astronomy & Astrophysics de décembre 2018, comprend 365 amas galactiques et 26 000 AGN.

Un travail titanesque

Les chercheurs ont ensuite caractérisé les 365 amas de galaxies en terme de masse et de distance à l’aide d’observations allant de l’ultra-violet aux ondes radio réalisées par d’autres télescopes, au sol et dans l’espace. Un travail titanesque qui a pris plusieurs années mais avec, au final, la 1ère carte en 3D basée sur des observations en rayons X qui permet de ‘’remonter dans le temps’’.

« Certains amas de galaxies repérés par XMM-Newton sont si éloignés que la lumière qui nous en parvient a été émise lorsque l'Univers n'avait encore que la moitié de son âge actuel, soit environ 7 milliards d’années » précise Marguerite Pierre du Département d'Astrophysique du CEA et coordonnatrice du projet XXL, le plus vaste programme d’observation en rayons X réalisé à ce jour par le satellite XMM-Newton.

Au centre, en violet, la lumière diffuse émise par le gaz chaud d’un amas de galaxies détecté par XMM-Newton et nommé XLSSC006. Seuls les télescopes spatiaux sont capables d’observer les rayons X ; ceux-ci sont inobservables depuis le sol car absorbés par l’atmosphère terrestre. Plus de détails sur cette image. Crédits : ESA/XMM-Newton (X-rays); CFHT (optical); XXL Survey.

is_xxls_galaxy_clusters_x-ray.jpg

Les 365 amas de galaxies du 2e catalogue du sondage XXL classés par ordre croissant de distance. Le 1er amas de galaxies (en haut à gauche) se trouve à environ 0,4 milliards d’années lumière de la Voie Lactée et le dernier (en bas à droite) à 5,2 milliards d’années lumière. Crédits : ESA/XMM-Newton/XXL Survey.

Le sondage XXL est la 1ère étude en rayons X à détecter suffisamment d'amas de galaxies et d'AGN pour permettre de retracer la structure à grande échelle de l'Univers et son évolution dans le temps. 

Près de 19 ans après le lancement d’XMM, nous sommes toujours la seule équipe à avoir mené à bien l’analyse cosmologique d’amas XMM, ce qui était un véritable défi au départ. La distribution des amas reste compatible avec le modèle cosmologique actuellement privilégié qui recourt à la constante cosmologique d'Einstein pour expliquer l'expansion accélérée de l’Univers. Nous pouvons déjà améliorer l'estimation de la constante cosmologique obtenue par le satellite Planck, même si notre analyse n'a porté, pour l'instant, que sur la moitié de l'échantillon d'amas total attendu à l'issue du programme XXL. Nous passerons les prochaines années à terminer l’interprétation de ces données multi-longueur d’onde dans le but d'affiner d’un facteur 3 environ nos contraintes cosmologiques actuelles » indique l'astrophysicienne. 

Le catalogue final des données XXL ainsi que l'analyse cosmologique complète sont prévus pour 2021.

XMM-NEwton

Puissante machine de sondage pouvant révéler la répartition de matière dans l’Univers, XMM-Newton est complémentaire au satellite européen Planck qui fournit des informations sur l'Univers très jeune, il y a environ 13,6 milliards d’années. Le successeur d'XMM-Newton, le satellite Athena, sondera des régions encore plus étendues et distantes, décuplant ainsi le sondage XXL. 

Une des 2 régions du ciel du projet XXL explorée par XMM-Newton. Sa superficie de 25 degrés carrés, représente environ 100 fois la surface de la pleine Lune. XMM-Newton y a détecté près de 200 amas de galaxies (cercles rouges) et plus de 15 000 noyaux galactiques actifs (points blancs). Crédits : Projet XXL - S. Snowden, L. Faccioli, L. Pacaud.

Référence bibliographique

Ces résultats sont présentés dans une série de 20 articles du numéro spécial "The XXL Survey: second series" d'Astronomy & Astrophysics de décembre 2018.

Contacts

  • Marguerite Pierre, chercheuse au département d'Astrophysique du CEA à Saclay, marguerite.pierre at cea.fr
  • Philippe Laudet, responsable de la thématique astrophysique au CNES, philippe.laudet at cnes.fr  
Publié dans : 
Pour les cibles :