La Voie lactée mesure de 100 à 120 000 années-lumière de diamètre, une distance qui défie l'imagination. Mais des amas de galaxies, qui comprennent des centaines à des milliers de galaxies qui pullulent sous une attraction gravitationnelle collective, peuvent s'étendre sur des dizaines de millions d'années-lumière.
Ces amas massifs sont une interaction complexe entre les galaxies en collision et la matière noire. Ils semblent impossibles à cartographier avec précision. Mais maintenant, une équipe internationale d'astronomes utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA / ESA a fait exactement cela - cartographiant précisément un amas de galaxies, baptisé MCS J0416.1–2403, à 4,5 milliards d'années-lumière de distance.
«Bien que nous sachions comment cartographier la masse d'un amas à l'aide de lentilles solides depuis plus de vingt ans, il a fallu beaucoup de temps pour obtenir des télescopes capables de faire des observations suffisamment profondes et nettes, et pour que nos modèles deviennent suffisamment sophistiqués pour nous. de cartographier, avec des détails sans précédent, un système aussi compliqué que le MCS J0416.1–2403 », a déclaré le co-auteur Jean-Paul Kneib dans un communiqué de presse.
Il peut être extrêmement difficile de mesurer la quantité et la distribution de masse à l'intérieur d'objets éloignés. Surtout quand les trois quarts de toute la matière dans l'Univers sont de la matière noire, qui ne peut pas être vue directement car elle n'émet ni ne réfléchit aucune lumière. Il n'interagit que par gravité.
Mais heureusement, de gros amas de matière se déforment et déforment le tissu de l'espace-temps qui les entoure. Agissant comme des lentilles, ils semblent grossir et plier la lumière qui passe devant eux à partir d'objets plus éloignés.
Cet effet, connu sous le nom de lentille gravitationnelle, n'est visible que dans de rares cas et ne peut être repéré que par les plus grands télescopes. Même les amas de galaxies, malgré leur taille massive, produisent des effets gravitationnels minimes sur leur environnement. Pour la plupart, ils provoquent une lentille faible, faisant apparaître des sources encore plus éloignées comme légèrement plus elliptiques dans le ciel.
Cependant, lorsque l'alignement de l'amas et de l'objet distant est juste, les effets peuvent être substantiels. Les galaxies de fond peuvent être à la fois éclaircies et transformées en anneaux et arcs de lumière, apparaissant plusieurs fois dans la même image. C'est cet effet, connu sous le nom de lentille forte, qui a aidé les astronomes à cartographier la distribution de masse dans MCS J0416.1–2403.
"La profondeur des données nous permet de voir des objets très faibles et nous a permis d'identifier des galaxies plus fortement cristallisées que jamais", a déclaré le Dr Jauzac, auteur principal. «Même si une lentille puissante grossit les galaxies de fond, elles sont encore très loin et très faibles. La profondeur de ces données signifie que nous pouvons identifier des galaxies de fond incroyablement éloignées. Nous connaissons maintenant plus de quatre fois plus de galaxies fortement cristallisées dans l'amas qu'auparavant. »
À l'aide de la caméra avancée de Hubble pour les levés, les astronomes ont identifié 51 nouvelles galaxies à images multiples autour de l'amas, quadruplant le nombre trouvé dans les levés précédents. Cet effet a permis à Jauzac et ses collègues de calculer la distribution de la matière visible et sombre dans l'amas et de produire une carte très contrainte de sa masse.
La masse totale au sein de l'amas est de 160 billions de fois la masse du Soleil, avec une incertitude de 0,5%. C'est la carte la plus précise jamais produite.
Mais Jauzac et ses collègues n'ont pas l'intention de s'arrêter ici. Une image encore plus précise de l'amas de galaxies devra également inclure des mesures à partir de lentilles faibles. L'équipe continuera donc d'étudier le cluster à l'aide de l'imagerie Hubble ultra-profonde.
Ils utiliseront également des observatoires au sol pour mesurer tout changement dans les spectres des galaxies et noteront donc les vitesses du contenu de l'amas. La combinaison de toutes les mesures améliorera non seulement les détails, mais fournira également un modèle 3D des galaxies au sein de l'amas, mettant en lumière son histoire et son évolution.
Ce travail a été accepté pour publication au Avis mensuels de l'astronomie royale et est disponible en ligne.
