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La matière noire dans les amas de galaxies

L'effet Sunyaev-Zeldovitch

Les récents développements des techniques d'observation du rayonnement de fond cosmologique (CMB dans la suite, acronyme anglo-saxon pour Cosmic Microwave Background) fournissent une nouvelle méthode pour mesurer la quantité de matière contenue dans les amas. En deux mots, le CMB est un rayonnement électromagnétique de basse fréquence (comparée à la lumière) qui baigne l'ensemble de l'Univers. C'est la lumière émise lorsque les premiers atomes se sont formés, la disparition de presque toutes les charges libres ayant rendu l'Univers transparent, la lumière présente étant alors capable de se propager sur de très longues distances (voir la page suivante pour plus de détails). Du fait de l'expansion de l'Univers, cette lumière a été fortement décalée vers le rouge, et apparaît maintenant dans le domaine des micro-ondes.

Or, ce rayonnement peut interagir avec la matière qu'il rencontre sur son trajet. En particulier, quand il traverse une zone suffisamment chaude pour que la matière soit présente sous forme de plasma, comme dans le cœur des galaxies, il peut interagir avec les électrons libres. Ceci a un effet observable : le spectre du CMB est modifié. Ceci s'appelle l'effet Sunyaev-Zeldovitch. En observant puis en analysant en détail la distorsion du spectre du CMB, on peut en déduire plusieurs caractéristiques du milieu, en particulier sa densité d'électrons ainsi que sa température. Ces informations sont donc tout à fait complémentaires de celles fournies par l'étude de l'émission X du gaz chaud.




Images de l'amas A3667. Au milieu, image en X obtenue par ROSAT (crédits Melanie Johnston-Hollitt), à gauche perturbation de la température du CMB due à cet amas. A droite, vue combinée de plusieurs observations différentes de ce même amas (Effet Sunyaev Zeldovitch, rayons X et lentilles gravitationnelles).




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