Analyse statistique de l'impact de la poussière et de l'émission radio des amas de galaxies

Statistical analysis of the impact of dust and of the radio emission of galaxy clusters

• Auteur / Autrice : Joseph Lanoux
• Direction : Martin Giard, Etienne Pointecouteau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnement cosmique

Poussière cosmique

Galaxies -- Amas

Mots clés libres

Grandes structures de l'Univers

Accélération des particules

Résumé

La gravitation est le principal moteur de formation et d'évolution des amas galaxies. Cependant, de nombreux processus non-gravitationnels sont à l'œuvre au sein de la composante baryonique des amas et affectent leurs propriétés globales. L'objet de cette thèse est l'étude statistique de deux de ces processus et de leur impact sur la formation et l'évolution des amas de galaxies. Nous nous sommes intéressés à l'effet de la présence de poussière dans le milieu intra-amas, ainsi qu'à l'origine de l'émission radio observée dans la direction des amas. Un refroidissement du gaz intra-amas dû à la poussière a tout d'abord été implémenté dans des simulations numériques de formation des structures. Nous avons ensuite quantifié l'impact de la poussière sur les propriétés d'échelle et structurelles des amas de galaxies générés dans ces simulations. Notre analyse a montré que la normalisation des relations d'échelle et la distribution de matière au centre des amas sont significativement modifiées par l'inclusion de poussière. Cette dernière peut donc affecter l'évolution des propriétés du milieu intra-amas. Nous avons aussi montré que le refroidissement est intimement lié aux propriétés physiques de la poussière, c'est-à-dire à son abondance et à la distirbution en taille de ses grains. L'émission radio des amas de galaxies est quand à elle due aux sources ponctuelles (noyaux actifs de galaxies, galaxies à flambée d'étoile) et aux sources étendues et diffuses (halos, reliques). À partir du relevé radio NVSS et du méta-catalogue MCXC, nous avons statistiquement étudié les relations d'échelle entre les propriétés des galaxies actives en radio (fraction, luminosité radio, masse du trou noir supermassif des noyaux actifs) et celles des halos qui les hébergent (masse totale, luminosité X). Nous avons montré que les propriétés de ces deux populations sont corrélées. Finalement, en s'appuyant sur la caractérisation de l'émission des sources ponctuelles et sur les données NVSS, nous avons recherché la signature statistique d'une émission radio étendue et diffuse dans les amas. Cependant, cette investigation a rapidement été entravée par la contamination due aux sources radio ponctuelles non-résolues. Notre étude nous a également renvoyés à la question de la fraction d'amas hébergeant des sources radio étendues et diffuses, et donc à leur lien avec l'état dynamique des amas.

Gravitation is the main engine of the formation and evolution of galaxy clusters. However, numerous non-gravitationnal processes are at work within the baryonic component of clusters and affect their global properties. The purpose of this thesis is the statistical analysis of two of those processes and of their impact on the formation and evolution of galaxy clusters. We focused the effect of the presence of dust within the intracluster medium, together with the origin of the radio emission observed in the direction of clusters. Cooling by dust was first implemented in cosmological numerical simulations. We then quantified the impact of dust on both scaling and structural properties of clusters generated in those simulations. Our analysis showed that scaling relations and central matter distribution are significatively modified by dust. Dust can thus affect the evolution of intracluster medium properties. We also showed that cooling is tightly linked to dust physical properties, that are its abundance and its grain size distribution. As for galaxy clusters radio emission, it is due to point-like sources (active galactic nuclei, starburst galaxies) and to diffuse extended sources (halos, relics). Using the NVSS radio survey and the MCXC meta-catalogue, we statistically studied scaling relations between properties of radio active galaxies (fraction, radio luminosity, supermassive black hole mass of active nuclei) and halos properties that host them (total mass, X-ray luminosity). We showed that properties of those two populations are correlated. Finally, using the caracterisation of point-like radio sources and NVSS data, we looked for a statistical signature of diffuse extended radio emission in clusters. Nevertheless, this investigation was rapidly confronted to non-resolved point-like radio sources. Our study took us back as well to the question of the cluster fraction that hosts diffuse extended sources, and subsequently to their link with clusters dynamical state.