Estimation des paramètres cosmologiques grâce aux amas de galaxies

Les amas de galaxies comptent parmi les structures les plus grandes et massives de l’Univers. Ils sont constitués de plusieurs dizaines à plusieurs milliers de galaxies contenues à l’intérieur de vastes halos de matière noire. Au cours de l’expansion de l’Univers, les fusions successives de halos de matière noire, dans lesquels le gaz baryonique collapse pour former les étoiles et les galaxies que nous observons aujourd’hui, conduisent à la formation de ces grandes structures. C’est pourquoi l’observation des amas peut renseigner sur les propriétés globales de l’Univers et permettre d’estimer les paramètres cosmologiques telle que la densité cosmique de matière, l’amplitude des fluctuations de densité primordiale, et le taux d’expansion cosmique.

La réalisation de plusieurs relevés d’amas de galaxies ces dernières années a permis d’estimer les paramètres cosmologiques à partir de comptages du nombre d’amas observés à différentes distances cosmologiques. De façon surprenante, la plupart de ces études ont trouvé des valeurs légèrement inférieures à celles issues de l’analyse des cartes du fond diffus cosmologique (CMB) du satellite Planck. Cependant, il se peut que plusieurs effets systématiques inhérents aux mesures de comptage d’amas soient à l’origine de ce désaccord.

Une équipe de chercheurs de l’Observatoire de Paris et de l’Institut national d’astrophysique de Bologne vient de publier les résultats d’une analyse cosmologique basée sur une nouvelle méthode, spécifiquement conçue pour limiter l’impact des effets systématiques. Cette technique repose sur la mesure du niveau de dispersion (« sparsity ») de la distribution de la masse à l’intérieur des amas. En utilisant les mesures  effectuées sur un échantillon de 317 amas, les chercheurs ont pu estimer les paramètres cosmologiques avec une précision comparable à celle d’autres méthodes standards en cosmologie. Les résultats concordent avec ceux du CMB de Planck.

L’utilisation de la « sparsity » ouvre de nouvelles pistes d’étude sur les propriétés des amas de galaxies. Dans le futur, l’analyse de très grands échantillons, comme ceux attendus par le projet spatial Euclid, permettront des estimations encore plus précises des paramètres cosmologiques.

Légende : Contours de vraisemblance délimitant les combinaisons de valeurs des paramètres cosmologiques (densité de matière cosmique W_m, et amplitude des fluctuations de densité s₈) en accord avec les données, respectivement avec une probabilité de 68 % (contours internes) et 95 % (contours externes). Les résultats de l’analyse basée sur les mesures de dispersion de la distribution de masse dans les amas (en combinaison avec la fraction de gaz des amas et le BAO) correspondent aux contours en trait plein noir, ceux obtenus à partir des comptages des amas par Planck-SZ (en combinaison avec les contraintes de la Nucléosynthèse Primordiale et le BAO) correspondent aux contours en bleu clair et foncé, ceux de l’analyse des cartes du fond diffus cosmologique de Planck en rouge-jaune, et ceux issus des analyses de la structuration de la matière à partir des mesures de cisaillement gravitationnel de galaxies en beige clair et foncé.