Contributions thermiques et non-thermiques à la pression du gaz intra-amas. Le cas du Caneton (PLCKG214.6+37.0)

Thermal and non-thermal contributions to the intra-cluster gaz pressure. The case of the Duckling (PLCKG214.6+37.0)

• Auteur / Autrice : Edouard Lecoq
• Direction : Mathieu Langer, Nabila Aghanim
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astroparticules et cosmologie
• Date : Soutenance le 21/07/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, Hadrons, Énergie et Noyau : Instrumentation, Imagerie, Cosmos et Simulat
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'astrophysique spatiale (Orsay, Essonne ; 1990-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Mohammed Reza Ansari Foumani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florian Pacaud, Florence Durret, Rémi Adam
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florian Pacaud, Florence Durret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cosmologie

Équilibre thermodynamique

Modélisation prédictive

Structure à grande échelle (astronomie)

Plasmas (gaz ionisés) -- Turbulence

Galaxies -- Amas

Mots clés libres

Amas de galaxies

Grandes structures

Cosmologie

Équilibre Thermodynamique

Turbulence

Modélisation Prédictive

Galaxy clusters

Large scale structures

Cosmology

Thermodynamic Equilibrium

Turbulence

Predictive Modelling

Résumé

Le contexte général dans lequel ce travail s'insère est introduit dans le chapitre 1. Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit s'articule autour de deux axes : l'étude détaillée d'un système triple d'amas de galaxies à partir de l'analyse des données X et l'étude théorique de l'impact de la turbulence dans le milieu inter-amas. La première partie de la thèse est tournée vers l'émission thermique du gaz intra-amas. Tout d'abord, les éléments théoriques liés aux propriétés physiques des amas de galaxies nécessaires à la mesure de la pression thermique du gaz intra-amas et à sa brillance X sont présentés dans le chapitre 2. Ensuite, une description complète et détaillée de la réduction des données X collectées par le satellite XMM-Newton est présentée dans le chapitre 3. Pour finir, une étude approfondie de l'émission X des trois amas de galaxies est menée (chapitre 4), constituant le premier socle d'une analyse multi-longueur d'onde. Cette étude a permis de conclure que le système PLCKG G214.6+37.0 n'est pas un système triple. La quasi-totalité du signal tSZ mesuré par Planck peut être expliquée par la somme du signal des amas individuels réduisant la probabilité d'avoir une composante de gaz chaud diffus entre les amas de cette structure. Pour les trois amas de galaxies du système, le biais hydrostatique b calculé indique que des processus non-thermiques prennent place au sein du gaz intra-amas. De plus, l'étude de l'entropie du gaz intra-amas des trois amas du système suggère que deux d'entre eux sont des amas perturbés. La deuxième partie du manuscrit s'oriente vers l'étude d'un processus contribuant à la pression non-thermique du gaz intra-amas : la turbulence. La théorie de la turbulence homogène et isotrope ainsi que deux traceurs observationnels du champ de vitesse turbulent sont introduits dans le chapitre 5. Les simulations des centroïdes de vitesse ainsi de la dispersion de la vitesse le long de la ligne de visée construites à la résolution spatiale du futur satellite Athena ont été présentées dans le chapitre 6. De plus, des prédictions analytiques du spectre de puissance et de la fonction de structure des centroïdes de vitesse ainsi que des algorithmes de reconstruction de ces quantités à partir des cartes de centroïdes ont été développés dans le cas de l'observation d'amas proches et plus éloignés. Une discussion sur les développements envisagés dans les différents domaines traités conclut ce manuscrit.

The general context in which this work fits is introduced in chapter 1. The thesis work presented in this manuscript is built around two axes: the detailed study of a triple galaxy cluster system from X-ray data analysis and the theoretical study of the impact of turbulence in the intra-cluster environment. The first part of the thesis is focused on the thermal emission of intra-cluster gas. First of all, the theoretical elements related to the physical properties of the clusters of galaxies necessary for the measurement of the thermal pressure of the intra-cluster gas and its X-ray brightness are presented in chapter 2. Then, a complete and detailed description of the reduction of the X-ray data collected by the XMM-Newton satellite is presented in chapter 3. Finally, an in-depth study of the X-ray emission of the three galaxy clusters is carried out (chapter 4), constituting the first basis of a multi-wavelength analysis. This study concludes that the PLCKG G214.6+37.0 system is not a triple system. Almost all of the tSZ signal measured by Planck can be explained by the sum of the signal of the individual clusters reducing the probability of having a diffuse hot gas component between the clusters of this structure. For the three clusters of galaxies in the system, the calculated hydrostatic bias b indicates that non-thermal processes are taking place within the intra-cluster gas. Moreover, the study of the entropy of the intra-cluster medium for the three clusters suggests that two of them are disturbed clusters. The second part of the manuscript is directed towards the study of a process contributing to the non-thermal pressure of the intra-cluster gas: turbulence. The theory of homogeneous and isotropic turbulence as well as two observational tracers of the turbulent velocity field are introduced in chapter 5. Simulations of velocity centroids and of the velocity dispersion along the line of sight constructed at the spatial resolution of the future Athena satellite are presented in chapter 6. In addition, analytical predictions of the power spectrum and of the structure function of velocity centroids as well as algorithms for reconstructing these quantities from centroid maps are developed for the observation of near and more distant clusters. A discussion of the developments envisaged in the various fields treated concludes this manuscript.