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Communiqués de presse

 

Paris, le 15 septembre 2010

 

Planck : première découverte d’un superamas de galaxies grâce au rayonnement fossile

 

Le satellite Planck vient de découvrir un superamas de galaxies grâce à son empreinte sur le rayonnement fossile, témoin des premiers instants de l’Univers. Il s’agit d’une première pour le satellite, qui a également révélé, avec une extrême précision, de nouveaux amas de galaxies. Ces objets, qui abritent des centaines voire des milliers de galaxies, sont les plus grandes structures connues de l’Univers. Grâce à ces données, les scientifiques espèrent mieux comprendre comment la matière noire et la matière visible se rassemblent sous la forme de telles structures.

 

Depuis son lancement le 14 mai 2009, début de la mission de l’Agence spatiale européenne, le satellite Planck délivre des images exceptionnelles de la totalité du ciel. On peut y découvrir les plus grandes structures connues de l'Univers avec une précision inégalée dans le domaine des ondes millimétriques : les amas et les superamas de galaxies. Pourtant, ces structures géantes n’émettent pas de rayonnement directement observable par Planck. Elles sont observées grâce à la détection des photons du rayonnement fossile (l’écho lumineux du Big-Bang), qui sont légèrement altérés lors de leur passage à travers les amas et super-amas.

"Au cours de leur parcours à travers l'Univers, les photons du rayonnement fossile interagissent avec la matière qu'ils rencontrent. Ces interactions laissent des empreintes chargées d'informations précieuses sur l'évolution de l'Univers" explique Nabila Aghanim, de l'Institut d'astrophysique spatiale d'Orsay(1). C'est notamment le cas de l'effet Sunyaev-Zel'dovich, produit par interaction des photons avec le gaz chaud présent à l'intérieur des amas de galaxies, et qui change légèrement la fréquence des photons issus du fond cosmologique. Cet effet SZ, caractéristique de la présence d’amas de galaxies, se manifeste par une zone donnée du ciel plus sombre que la moyenne aux fréquences plus basses que 217 GHz (soit 1,3 mm de longueur d'onde) et plus brillant aux plus hautes fréquences.

Par sa capacité à produire des images du ciel en 9 "couleurs" dans le domaine des ondes millimétriques, le satellite Planck est unique et surtout idéal pour observer l'effet SZ dans sa version sombre et brillante. "Ceci est un atout majeur de Planck, lui permettant de détecter facilement les amas de galaxies en utilisant la différence de couleur entre basses et hautes fréquences", indique Marian Douspis de l’IAS(1). "Avec cette technique, rajoute Jean-Baptiste Melin, du CEA/Irfu(2), nous serons capables de détecter plus d'un millier d'amas de galaxies sur l'intégralité du ciel". Les amas de galaxies sont parmi les plus grandes structures et les plus récemment formées de l'Univers. Ils permettent donc de retracer l'évolution de ce dernier et surtout de mieux comprendre comment la matière noire et la matière visible s'organisent et se structurent.

L'autre atout essentiel de Planck réside dans le fait que c'est la seule expérience capable d'observer le ciel entier et donc d'imager les grandes échelles angulaires en plusieurs couleurs dans les ondes millimétriques. "Nous sommes maintenant en mesure de comparer une image composite multi-fréquences de l'amas Coma obtenue avec Planck avec l'émission dans le domaine des rayons X du gaz chaud obtenue grâce au satellite Rosat", explique Etienne Pointecouteau, du Centre d'études spatiales et des rayonnements de Toulouse(3).Coma est un amas proche, bien étudié, qui couvre plus de 2 degrés sur le ciel, c'est-à-dire plus de quatre fois la taille apparente angulaire de la Lune. Il est très chaud et présente donc une émission forte dans le domaine des rayons X ainsi qu'un effet SZ fort et étendu. "Avec ces deux images X et SZ, et en utilisant des observations à d'autres longueurs d'onde, visible ou infrarouge, nous en saurons beaucoup plus sur les processus physiques en action dans ces objets exceptionnels" précise Monique Arnaud, du laboratoire "Astrophysique, instrumentation et modélisation" de Paris-Saclay(4).

Les premières observations de l’intégralité du ciel tout juste achevées nous ont déjà permis de découvrir de nouveaux amas de galaxies mais également des structures encore plus grandes, et dans ce cas précis, un superamas de galaxies. Un programme d'observations complémentaires alloué par le responsable scientifique du satellite XMM-Newton a permis de confirmer la découverte de nouveaux amas. "Les observations faites avec XMM-Newton ont révélé que l'un des "candidats amas" était en réalité un superamas constitué d'au moins trois amas de galaxies" ajoute Monique Arnaud. "C'est la toute première fois que l'on découvre un superamas de galaxies grâce à l'effet Sunyaev-Zel'dovich" dit Nabila Aghanim. Là encore, l'étude détaillée de ces objets rares permettra de lever le voile sur l'organisation de la matière en galaxies, gaz et matière noire. "Cela ouvre de belles perspectives pour l'utilisation scientifique de l'échantillon du catalogue d'amas de galaxies qui sera rendu public début 2011" conclut Jean-Loup Puget, de l’IAS, le responsable scientifique du projet.

 

Les laboratoires CNRS (INSU(5) et IN2P3(6)) ont joué un rôle crucial dans la conception, le développement et la maîtrise d’œuvre de l’instrument HFI (High frequency instrument). En particulier :

  • l’Institut d’astrophysique spatiale (IAS : CNRS, Université Paris-Sud 11, OSU/INSU) a joué le rôle principal en assurant la conception initiale et la responsabilité scientifique et technique de l'instrument. Il a de plus assuré l'intégration et les tests de l'instrument fini ;
  • l’Institut d’astrophysique de Paris (IAP : CNRS, Université Pierre et Marie Curie, OSU/INSU) a plutôt contribué au développement des objectifs scientifiques et à la conception du traitement des données ; il héberge le Centre de traitement des données et est responsable de cette activité ;
  • le Centre de recherches sur les très basses températures, aujourd’hui Institut Néel (CNRS) et le Laboratoire de physique subatomique et cosmologie (LPSC : CNRS, Université Joseph Fourier, Institut Polytechnique de Grenoble) ont joué un grand rôle dans le développement de la cryogénie à respectivement 0,1K et 20 K ;
  • le Centre d’études spatiales des rayonnements (CESR : CNRS, Université Paul Sabatier, OMP-OSU/INSU) dans celui de l’électrique de lecture des détecteurs ;
  • le Laboratoire de l'accélérateur linéaire (LAL : CNRS, Université Paris-Sud 11) dans celui de l’ordinateur de bord ;
  • le laboratoire Astroparticule et cosmologie (APC : CNRS, Université Paris-Diderot, CEA, Observatoire de Paris) dans le développement de moyens de tests ;
  • le Laboratoire d'astrophysique de Grenoble (LAOG : CNRS, Université Joseph Fourier, OSUG-OSU/INSU) et,
  • le Laboratoire d'études du rayonnement et de la matière en astrophysique (Lerma : CNRS, Observatoire de Paris, Université Cergy-Pontoise, UPMC, Ecole Normale Supérieure), ont apporté leur expertise dans la modélisation de l'instrument ;
  • le Centre de calcul de l'IN2P3-CNRS qui grâce à ses moyens informatiques et humains participe activement au traitement des données de Planck.

 

Image du superamas
Image composite multi-fréquences d'un superamas de galaxies découvert par Planck (à gauche, le rouge signifiant un excès d'émission dû à l'effet Sunyaev-Zel'dovich dans le domaine des ondes submillimétriques) comparée à l'image dans le domaine des rayons X obtenue avec le satellite XMM-Newton (à droite). Les contours blancs indiquent les régions où l'émission en rayons X est de même intensité, ceux-ci sont reportés sur la figure de Planck, à gauche. La taille de l'image est d'environ 15x15 minutes d'arc sur le ciel, la moitié de la taille de la Lune.
© ESA, Planck HFI & LFI consortia, XMM-Newton.

 

Planck, situé à 1,5 million de kilomètres de la Terre, observe le ciel dans neuf bandes de fréquence en utilisant deux instruments de dernière génération. Conçus pour produire des mesures multi-fréquences à haute sensibilité et finesse du rayonnement diffus du ciel, l’instrument haute fréquence (HFI) sous maîtrise d’œuvre française couvre six bandes entre 100 et 857 GHz et est refroidi à une température record de 0.1 degré au-dessus du zéro absolu, soit –273°C. L’instrument basse fréquence (LFI) sous maîtrise d’œuvre italienne couvre trois bandes entre 30 et 70 GHz.

Le premier relevé intégral du ciel par Planck a démarré mi-août 2009 et s’est achevé en juin 2010. Planck devrait continuer de collecter des données jusqu’à début 2012, lui permettant d'établir quatre à cinq relevés complets du ciel afin d'obtenir des données encore plus précises. Un premier ensemble de données astronomiques, appelé "catalogue initial de sources compactes" sera rendu public en janvier 2011, et comprendra un échantillon d'amas et de superamas de galaxies.

Les scientifiques de Planck se tiennent à la disposition des journalistes pour répondre aux questions et donner plus de précisions sur la mission Planck, sur les résultats attendus et les techniques employées, ainsi que pour étayer ou non les informations diffusées dans les médias. Par exemple, aucune image précise et complète du rayonnement fossile ne sera diffusée au public avant fin 2012, pour des raisons scientifiques liées au temps nécessaire pour analyser les données afin de garantir leur qualité et leur fiabilité. Par ailleurs, les données de Planck ne sont accessibles qu'aux scientifiques du consortium Planck pendant la durée d'analyse qui s'étendra jusqu'à fin 2012, date à laquelle les données deviendront publiques.

 

(1) IAS, CNRS/Université Paris-Sud 11, OSU/INSU
(2) Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers
(3) CNRS/Université de Toulouse, OMP-OSU/INSU
(4) AIM-laboratoire mixte-CEA-Irfu/CNRS/Université Paris Diderot-Paris7
(5) Institut national des sciences de l’Univers du CNRS
(6) Institut national de physique nucléaire et de physique des particules du CNRS

 

Pour en savoir plus

Contact chercheur

  • Nabila Aghanim, Tél :  01 69 85 86 46
  • Monique Arnaud, Tél :  01 69 08 20 41

Contact communication

  • IN2P3 :  Arnaud Marsollier, Tél :  (Suisse) 00 41 76 487 2769
  • INSU : Philippe Chauvin, Tél :  01 44 96 43 36

Contact presse

  • CNRS : Priscilla Dacher, Tél : 01 44 96 46 06
  • Cnes : Gwenaëlle Verpeaux, Tél :  01 44 76 74 04 / Julien Watelet, Tél :  01 44 76 78 37
  • CEA : Stéphane Laveissière, Tél : 01 64 50 27 53
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