Carte thermique des amas de galaxies express
Dans le désert glacé de l'Antarctique, le télescope SPT-3G scrute les profondeurs de l'Univers. Sa cible : le rayonnement micro-onde primordial issu du Big Bang. Mais sur son chemin vers nous, ce rayonnement traverse d'immenses amas de galaxies remplis de gaz incandescent. Le gaz réchauffe légèrement les photons — et des taches à peine visibles apparaissent sur la carte du ciel.
Cet effet, appelé effet Sunyaev-Zel'dovich, doit son nom aux deux physiciens qui l'ont prédit. Il agit comme une radiographie, mais sans rayons X : plus le gaz est chaud, plus la distorsion est forte. En étudiant ces taches, les astronomes apprennent où se trouvent les amas et comment la matière y est répartie. Dans cette nouvelle étude, ils ont rassemblé des données de plusieurs années d'observations aux fréquences de 95, 150 et 220 GHz, et y ont ajouté des images de l'observatoire spatial Herschel à 600 et 857 GHz. Le tout a été combiné en une seule carte — la plus profonde jamais réalisée.
La principale difficulté était de séparer le signal recherché des interférences. Le « bruit » le plus perfide provient du fond infrarouge cosmique : la lumière des galaxies poussiéreuses lointaines qui atteint aussi le télescope. Pour l'éliminer, deux versions de la carte ont été construites : l'une avec une sensibilité maximale, l'autre avec une suppression du fond. La comparaison a montré qu'aux échelles d'intérêt, le fond est des dizaines de fois plus faible que le signal. De plus, la différence entre les cartes a permis de mesurer pour la première fois la corrélation entre l'effet Sunyaev-Zel'dovich et le fond infrarouge. Il s'avère qu'aux grandes échelles, la corrélation est positive — c'est-à-dire que là où il y a beaucoup de gaz chaud, il y a aussi beaucoup de galaxies poussiéreuses. Aux petites échelles, la corrélation disparaît.
Ce résultat n'est pas qu'une prouesse technique. Il apporte de nouvelles contraintes aux modèles décrivant comment les galaxies éjectent de la matière et de l'énergie dans l'espace environnant. Ces « rétroactions » sont la clé pour comprendre l'évolution des galaxies et des amas. Ainsi, la carte construite dans le désert de glace aide à discerner comment fonctionne l'Univers tout entier.
L'effet Sunyaev-Zel'dovich permet de voir les amas de galaxies à de très grandes distances, car sa luminosité ne dépend pas de la distance — contrairement à la lumière ordinaire qui s'affaiblit.
Dans le roman « Contact » de Carl Sagan, les radiotélescopes captent un signal provenant d'un amas de galaxies — des cartes comme celles-ci aident à localiser de telles régions.