Amas de galaxies : où se cachent les traces de collisions express
Les amas de galaxies géants sont des villes de milliers d'îles stellaires, maintenues ensemble par la gravité. À l'intérieur, un gaz brûlant rayonne en rayons X. Si un amas est entré récemment en collision avec un autre, des sous-structures de galaxies et des distorsions dans le gaz apparaissent, comme des rides à la surface de l'eau après qu'on y a jeté une pierre.
Les astronomes ont pris un catalogue de centaines d'amas, établi à partir d'images optiques, et ont identifié dans chacun des groupes distincts de galaxies grâce à un algorithme astucieux. Ils ont ensuite comparé ces groupes avec les images en rayons X des mêmes amas. Résultat : 40 % des amas présentent des sous-structures notables, et dans un quart des cas, ces sous-structures regroupent plus d'un tiers de toutes les galaxies de l'amas.
Les amas avec sous-structures ont plus souvent une forme perturbée et asymétrique en rayons X. Cela est particulièrement visible pour les amas les plus massifs. De plus, pour les amas proches (jusqu'à une distance d'environ 2,5 milliards d'années-lumière), ceux qui ont subi une collision brillent davantage en rayons X que les amas calmes ayant le même nombre de galaxies. Pour les amas lointains, une telle différence est presque inexistante.
La raison tient probablement au fait que, dans les amas proches, le gaz chaud au centre est plus dense et plus froid ; après l'impact, il reste donc plus longtemps comprimé et lumineux. En outre, dans les amas proches, les sous-structures persistent plus longtemps : les champs magnétiques, telle une pellicule invisible, empêchent le gaz de se mélanger et d'effacer les traces de la collision.
Pour les amas plus petits, où les galaxies sont moins nombreuses, la forme en rayons X n'est pas toujours révélatrice d'une collision. Là, le trou noir central joue un rôle prépondérant : il éjecte de l'énergie et remodèle lui-même le nuage de gaz. Ainsi, l'image en rayons X d'un amas n'est pas qu'une simple photo, c'est l'histoire de sa vie tumultueuse.
Les amas de galaxies sont les plus grands objets de l'Univers maintenus par leur propre gravité. Certains ont une masse de $10^{15}$ masses solaires et leur diamètre atteint des dizaines de millions d'années-lumière.