Les amas de galaxies sont les plus grandes structures de l'Univers, pouvant atteindre des masses deplus de cent mille milliards de fois celle du Soleil. Le sondage XXL, réalisé de 2011 à 2013 à l'issue d’observations (2) en rayons X du satellite XMM-Newton, a pour but de constituer un catalogue de plusieurs centaines d'amas de galaxies, situées jusqu'à des distances si lointaines qu’on les observe telles qu’elles étaient lorsque l’Univers avait la moitié de son âge actuel. Les chercheurs pourront ainsi reconstituer l’évolution et la répartition spatiale de ces structures, et tester différents scénarios cosmologiques.
Région du ciel explorée par le satellite XMM-Newton dans le cadre du sondage XXL. Il s’agit ici de lapartie sud (XXL-S). Près de deux cents amas de galaxies ont été détectés (cercles rouges) ainsi que plus de 10 000 noyaux de galaxies actives (AGN) visibles comme des sources brillantes (points blancs).La deuxième région (XXL-N) est située sur l’équateur céleste et présente des caractéristiques comparables.© Projet XXL - S. Snowden, L. Faccioli, L. Pacaud
Les résultats présentés dans cette première série d’articles portent sur les 100 amas de galaxies les plus brillants détectés par le sondage XXL. Ils permettent une première reconstruction de la structure de l’Univers jusqu’à des distances de plus de 11 milliards d'années-lumière (3).
Ils révèlent une densité d'amas sensiblement moins élevée que celle prévue par lesmodèles cosmologiques, ainsi qu’une quantité de gaz dans ces amas également plus faible qu'attendue. Un déficit similaire avait été observé pour les amas plus massifsdirectement détectés par le satellite Planck sur tout le ciel. Cela suggère, soit que certains paramètres décrivant la physique des amas doivent être revus, soit que le modèle cosmologique est plus complexe – ou différent – de ce qui est envisagé actuellement. L’étude de l’échantillon complet des 450 amas du projet XXL, qui sera publiée d'ici deux ans, devrait permettre de préciser cette conclusion.Les premières analyses d’XXL révèlent aussi la découverte de cinq nouveaux « super-amas » ou « amas d'amas » de galaxies : par exemple, le super-amas XLSSC-e, dans la constellation de la Baleine, à une distance d'environ 4,5 milliardsd'années-lumière, est constitué de six amas différents couvrant une région du ciel de 0,3 degré par 0,2 degré, ce qui, à cette distance, correspond à des dimensions de 7 x 4,5 millions d'années-lumière.
Le super-amas XLSSC-e est composé de 6 amas (5 visibles sur l'image, marqués A-B-C-D-E). Chacun de ces amas a une masse variant de 70 000 à 410 000 milliards de masses solaires. Les cadres montrent les images de ces amas en lumière visible (CFHTLS). © Projet XXL - Articles I, II, VII et XII
Le projet XXL constitue une étape intermédiaire importante avant les prochains sondages de nouvelle génération, qui auront pour objectif de couvrir l'ensemble ou une partie significative du ciel, tels que DES (Dark Energy Survey), eROSITA (extended ROentgen Survey with an Imaging Telescope Array), LSST (Large Synoptic Survey Telescope) et EUCLID.
(1) Les galaxies actives sont celles qui possèdent un trou noir en leur centre.
(2) 543observations nécessitant plus de 6 millions de secondes d'exposition constituent le plus grand programme jamais alloué depuis le lancement de XMM-Newton en 1999. Parmi les laboratoires mobilisés par ces travaux figurent notamment le Service d’astrophysique du CEA-Irfu et le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (Aix-Marseille Université/CNRS) ainsi que le Laboratoire Lagrange(OCA/Université Nice Sophia Antipolis/CNRS)
(3) Pour remonter aussi loin dans l’histoire de l’Univers, les cosmologues doivent pouvoir observer des zones très lointaines. Avec leurs instruments, ils sélectionnent donc des régions dites « vides », où se trouvent très peu de sources brillantes, afin de pouvoir ainsi accéderaux sources les plus faibles.