Thèse soutenue

Baryons dans les amas de galaxies : effets astrophysiques et contraintes cosmologiques
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Auteur / Autrice : Raphaël Wicker
Direction : Marian DouspisNabila AghanimLaura Salvati
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
Date : Soutenance le 02/10/2023
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : Astronomie et Astrophysique d'Ile de France
Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
Laboratoire : Institut d'astrophysique spatiale (Orsay, Essonne ; 1990-....)
Jury : Président / Présidente : Karine Bocchialini
Examinateurs / Examinatrices : Stefano Ettori, Veronica Strazzullo, Jochen Weller, Dominique Eckert
Rapporteurs / Rapporteuses : Stefano Ettori, Veronica Strazzullo

Résumé

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Les amas de galaxies sont les objets gravitationnellement liés les plus massifs de l'univers, et l'histoire de leur formation est une conséquence directe de l'évolution des structures dans l'univers. Ainsi, leur étude permet de poser des contraintes cosmologiques. L'utilisation des amas en tant que sondes cosmologiques repose sur l'observation de leur contenu en matière, en particulier ordinaire, ou baryons. Ces derniers sont présents sous forme d'étoiles contenues dans les galaxies, et de gaz au sein du milieu intra-amas. Toutefois, les baryons dans les amas de galaxies sont sujets à des effets astrophysiques qui affecteront leurs propriétés. Ces effets doivent être étudiés en détail afin d'obtenir une bonne compréhension des amas et contraindre correctement les conditions ayant dicté leur formation, jusqu'à leurs propriétés actuelles.Je propose ainsi dans cette thèse une étude approfondie des baryons et de leurs effets dans les amas, des galaxies au gaz, à partir d'observations en millimétrique, optique, et rayons X.Une première partie de mon étude se concentre sur les galaxies et l'analyse de leurs propriétés à partir de données de spectroscopie optique, dans deux systèmes triples d'amas découverts par le satellite Planck. Je montre que ces deux systèmes n'apparaissent triples que suite à des effets de projection sur la ligne de visée, et sont en réalité constitués de plusieurs amas isolés se trouvant à plusieurs centaines de megaparsecs les uns des autres, exceptée une paire d'amas.De plus je montre que dans l'amas le plus distant, certaines galaxies forment encore des étoiles, contrairement aux galaxies dans les amas à plus bas redshift. Il est possible que cela marque la transition entre un régime d'intense formation stellaire dans les amas à haut redshift, et le régime de faible formation stellaire observé dans les amas à bas redshift.La suite de mon étude est dédiée à la fraction de gaz au sein des amas, en particulier afin de contraindre le biais découlant de l'hypothèse d'équilibre hydrostatique lors de la mesure de leur masse. Mal contraint, ce "biais hydrostatique", est responsable de contraintes cosmologiques biaisées à partir des amas. En utilisant des masses de gaz et des masses totales mesurées en rayons X sous l'hypothèse de l'équilibre hydrostatique, j'ai calculé la fraction de gaz de 120 amas, et ai étudié la valeur du biais hydrostatique et son évolution avec la masse et le redshift. Je montre que l'évolution du biais est dégénérée avec les paramètres cosmologiques, menant à des contraintes cosmologiques aberrantes en cas de mauvaise prise en compte de l'évolution du biais. Cependant, je montre que mes résultats dépendent de l'échantillon choisi, avec une évolution du biais différente suivant la sélection en masse et en redshift. Je montre toutefois que quelque soit la sélection de l'échantillon, mes résultats sont en accord avec un ensemble de mesures directes par d'autres méthodes, ainsi qu'avec les prédictions de simulations hydrodynamiques. Ces résultats sont néanmoins en désaccord avec la valeur de biais favorisée par des observations du fond diffus cosmologique combinées à des comptages d'amas.Enfin, j'ai combiné des données de fraction de gaz d'amas de galaxies avec des comptages réalisés à partir d'observations en ondes millimétriques. Cela m'a permis d'étudier les contraintes cosmologiques rendues possibles par cette combinaison, ainsi que les contraintes sur le biais hydrostatique. Je montre que l'ajout de données de fraction de gaz aux comptages d'amas permet de briser des dégénérescences existantes entre le biais hydrostatique et certains paramètres cosmologiques, sans a priori sur le biais.Mon travail a donc permis d'améliorer notre compréhension d'ensemble des propriétés astrophysiques des baryons dans les amas. J'ai notamment mis en évidence certains des liens entre effets astrophysiques et contraintes cosmologiques par les amas, permettant leur description fidèle et robuste.