Le point sur les amas de galaxies

Clusters of galaxies: a review

Service d'Astrophysique, CEA Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France.

Résumé

Après avoir brièvement décrit les 3 constituants fondamentaux des amas de galaxies (matière noire, gaz et galaxies) nous présenterons les amas d'un point de vue plus théorique : ce sont les entités les plus massives à l'équilibre connues dans l'univers. Les amas de galaxies jouent donc un rôle de premier plan dans toute étude cosmologique et par conséquent, sont indispensables à notre compréhension globale de l'univers. Dans l'introduction générale, nous détaillons cet aspect fondamental en montrant comment l'étude des amas peut contribuer à contraindre les scénarios cosmologiques. Une fois le contexte scientifique délimité, les chapitres suivants s'attachent à présenter les diverses propriétés des amas et leur évolution cosmique observée dans diverses longueurs d'onde – principalement dans les domaines visible (galaxies), X (gaz) et radio (gaz et particules). Nous verrons que l'étude détaillée d'un amas implique celle de l'interaction entre ses différentes composantes et est un passage obligé pour remonter au paramètre ultime (ou premier) qu'est sa masse. Loin d'être un détour ennuyeux, ceci sera l'occasion d'aborder des phénomènes physiques extrêmement variés tel l'aspect multi-phases du milieu intra-amas, les sursauts de formation d'étoiles et l'évolution morphologique des galaxies capturées par les amas, ou bien encore, l'interaction entre le plasma intra-amas et les particules relativistes accélérées lors de la fusion entre deux amas. Bien sûr, pour chaque longueur d'onde, nous ne manquerons pas de décrire simplement les techniques d'observation et d'analyse mises en oeuvre ; celles-ci sont particulièrement intéressantes dans le cas de l'instrumentation spatiale. Nous terminerons en présentant des projets d'observatoires pour l'horizon 2010 et leur impact prévu sur l'étude des amas de galaxies.

Abstract

After having briefly described the 3 main components of clusters of galaxies (dark matter, gas and galaxies) we shall present clusters from a theoretical viewpoint: they are the largest entities known in the universe. Consequently, clusters of galaxies play a key role in any cosmological study and thus, are essential for our global understanding of the universe. In the general introduction, we shall outline this fundamental aspect, showing how the study of clusters can help to constrain the various cosmological scenarios. Once this cosmological framework is set, the next chapters will present a detailed analysis of cluster properties and of their cosmic evolution as observed in different wavebands – mainly in the optical (galaxies), X-ray (gas) and radio (gas and particles) ranges. We shall see that the detailed study of a cluster is conditioned by the study of the interactions between its different components; this is the necessary step to ultimately derive the fundamental quantity which is the cluster mass. This will be the occasion to undertake an excursion into extremely varied physical processes such as the multi-phase nature of the intra-cluster medium, lensing phenomena, starbursts and morphology evolution in cluster galaxies or the interaction between the intra-cluster plasma and relativistic particles which are accelerated during cluster merging. For each waveband, we shall outline simply the dedicated observing and analysis techniques, which are of special interest in the case of space observations. Finally, we present several ambitious projects for the next observatory generation as well as their expected impact on the study of clusters of galaxies.