L’analyse de la façon dont les amas de galaxies, les plus grands objets de l’univers, évoluent au cours du temps cosmique a donné des mesures précises de la teneur totale en matière et de ses amas, rapportent des scientifiques du consortium allemand eROSITA, dirigé par l’Institut Max Planck de physique extraterrestre et avec participation de l’Université de Bonn.
Les résultats confirment le modèle cosmologique standard et atténuent la tension dite S8, tout en offrant un aperçu de la masse insaisissable des neutrinos. L’analyse est basée sur l’un des plus grands catalogues d’amas et de superamas de galaxies. Un pilier important de l’analyse est la « pesée » des amas de galaxies découverts, pour laquelle l’Université de Bonn a été un contributeur majeur.
eROSITA est un télescope spatial à rayons X embarqué sur le satellite Spectrum-RG, lancé en juillet 2019. Il y a deux semaines, le consortium allemand eROSITA a publié les données de la première étude du ciel. L’objectif principal de l’enquête est de mieux comprendre la cosmologie via la mesure de la croissance au cours du temps cosmique des amas de galaxies, certaines des plus grandes structures de l’univers.
En traçant l’évolution des amas via les rayons X émis par les gaz chauds détectés par eROSITA, combinés à des mesures robustes de la masse de ces amas grâce à une faible lentille gravitationnelle, des mesures précises et exactes de la quantité totale de densité de matière dans l’univers et de ses amas ont été obtenues. a été fait. Alors que les mesures antérieures d’agglutination utilisant différentes techniques, en particulier le fond diffus cosmologique (CMB) et ce que l’on appelle le cisaillement cosmique, semblaient incohérentes les unes avec les autres, les mesures eROSITA montrent désormais une cohérence avec le CMB.
« eROSITA a désormais établi la mesure de l’évolution des amas comme un outil de cosmologie de précision », a déclaré le Dr Esra Bulbul (MPE), scientifique principale de l’équipe des amas et de la cosmologie d’eROSITA, qui a fourni des résultats révolutionnaires. « Les paramètres cosmologiques que nous mesurons à partir des amas de galaxies sont cohérents avec le CMB de pointe, montrant que le même modèle cosmologique est valable peu après le Big Bang jusqu’à aujourd’hui. »
Selon le modèle cosmologique standard, appelé modèle Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM), l’univers naissant était une mer extrêmement chaude et dense de photons et de particules. Au cours du temps cosmique, d’infimes variations de densité se sont développées pour donner naissance aux grandes galaxies et amas de galaxies que nous pouvons voir aujourd’hui. Les observations du cluster eROSITA montrent que la matière de toutes sortes (visible et sombre) représente 29 % du budget masse/énergie total de l’univers, en excellent accord avec les valeurs obtenues à partir des mesures du CMB, qui a été émis lorsque l’univers est devenu pour la première fois transparent.
En plus de mesurer la densité totale de matière dans l’univers, eROSITA a également mesuré l’agglutination de la répartition de la matière, décrite via le paramètre dit S8. Un développement important en cosmologie ces dernières années a été ce que l’on appelle la « tension S8 ». Cette tension survient parce que les expériences CMB mesurent une valeur S8 plus élevée que, par exemple, les enquêtes Cosmic Shear.
Une nouvelle physique est implicite à moins que cette tension ne puisse être résolue, et c’est exactement ce qu’eROSITA a fait. « eROSITA nous dit que l’univers s’est comporté comme prévu tout au long de l’histoire cosmique », explique le Dr Vittorio Ghirardini, chercheur postdoctoral au MPE qui a dirigé l’étude. étude de cosmologie posté sur le arXiv serveur de préimpression. « Il n’y a pas de tension avec le CMB. Peut-être que les cosmologistes pourraient se détendre un peu maintenant. »
Les plus gros objets de l’univers contiennent également des informations sur les plus petites particules : les neutrinos. Ces particules légères sont presque impossibles à détecter. Grâce à l’abondance des plus grands halos de matière noire de l’univers, l’équipe eROSITA a obtenu des contraintes strictes sur la masse des particules connues les plus légères. Les résultats du cluster eROSITA fournissent la mesure combinée de masse de neutrinos la plus précise à ce jour provenant de toutes les sondes cosmologiques d’observation.
Les mesures de lentilles gravitationnelles faibles constituent un élément important de l’analyse. Cet effet décrit les distorsions cohérentes qui sont imprimées sur les formes observées de galaxies lointaines lorsque leurs rayons lumineux traversent le champ gravitationnel des structures de premier plan. Bien que les études sur le cisaillement cosmique explorent l’effet dans des directions aléatoires, elles peuvent également être mesurées à proximité des amas de galaxies pour estimer leurs masses.
L’équipe eROSITA a effectué de telles mesures en intégrant les données de trois enquêtes actuelles sur les lentilles gravitationnelles faibles, le Dark Energy Survey (DES), l’Hyper Suprime Cam Survey (HSC) et le Kilo-Degree Survey (KiDS). Ces mesures calibrent la relation entre le signal de rayons X eROSITA et la masse de l’amas, permettant ainsi la comparaison avec les prédictions du modèle cosmologique.
« Je suis fier de l’équipe de lentilles faibles qui a fait un excellent travail en fournissant l’analyse des trois principales enquêtes de lentilles faibles pour l’étalonnage de la masse du cluster eROSITA, ce qui a permis de respecter ces contraintes cosmologiques ; quelque chose qui n’a jamais été réalisé auparavant », déclare le professeur. Dr Thomas Reiprich de l’Institut Argelander d’astronomie (AIfA) de l’Université de Bonn, qui a dirigé le module de travail sur l’étalonnage de la masse des lentilles faibles au sein du cluster eROSITA et de l’équipe de cosmologie de 2019 à fin 2023.
Il est également membre du domaine de recherche transdisciplinaire (TRA) « Matter » de l’Université de Bonn. L’analyse de l’enquête sur les lentilles faibles « KiDS » ainsi que la comparaison détaillée entre les trois enquêtes sont présentées aujourd’hui dans un documentégalement publié en prépublication sur arXiv et dirigé par Florian Kleinebreil, Ph.D. étudiant dans le groupe du Prof. Dr. Tim Schrabback.
Une grande partie de ce travail a été menée à l’AIfA, jusqu’à ce que les deux soient transférés à l’Université d’Innsbruck à l’automne 2022. « Nous avons constaté que les trois enquêtes de lentille produisaient des contraintes de masse cohérentes pour les clusters eROSITA, fournissant ainsi un test de cohérence important pour l’ensemble. analyse », explique Kleinebreil.
« L’analyse réalisée démontre le pouvoir de contrainte cosmologique exceptionnel fourni par des analyses combinées d’échantillons d’amas de galaxies de pointe et d’enquêtes par lentilles faibles. Il est intéressant de noter que ce domaine progressera encore dans les années à venir, également grâce à l’arrivée des prochains génération de programmes de lentilles faibles, y compris celui mené par le nouveau télescope spatial de l’ESA, Euclid », ajoute Schrabback.
Plus d’information:
V. Ghirardini et al, The SRG/eROSITA All-Sky Survey : Cosmology Constraints from Cluster Abundances in the Western Galactic Hemisphere, arXiv (2024). DOI : 10.48550/arxiv.2402.08458
Florian Kleinebreil et al, The SRG/eROSITA All-Sky Survey : Weak-Lensing of eRASS1 Galaxy Clusters in KiDS-1000 and Consistency Checks with DES Y3 & HSC-Y3, arXiv (2024). DOI : 10.48550/arxiv.2402.08456