Retour vers le futur des amas de galaxies

Les proto-amas de galaxies sont des amas de galaxies à un stade d'évolution jeune, que nous observons aujourd’hui en regardant au loin dans l’Univers. Leurs observations témoignent d'une période très particulière dans l’histoire de l’Univers, lorsque la formation d'étoiles était à son paroxysme. La très haute formation d'étoiles mesurée par le satellite Planck dans les sources susceptibles d'abriter des proto-amas lointains est pour l’heure difficilement compatible avec les modèles théoriques, et engendre un questionnement quant à notre compréhension de l'évolution des galaxies au sein des grandes structures de l’Univers.

À partir de simulations hydrodynamiques et cosmologiques publiques, de dernière génération, l'équipe internationale menée par des chercheurs de l’Institut d’astrophysique spatiale a montré que les candidats proto-amas détectés par Planck s'expliquent par la présence d’un groupe de galaxies très actives à former des étoiles, et par la contamination du signal par d’autres galaxies présentes entre la source et l’observateur. Pour la première fois et une dizaine d'années après leur détection, un très bon accord est établi entre la modélisation précise de la formation des structures par les simulations, et les sources détectées par Planck, notamment concernant le nombre de galaxies qu’elles abritent, leurs masses, et leurs capacités à former des étoiles.

Au-delà d’une interprétation des observations, les chercheurs ont apporté une prédiction sur le devenir des candidats proto-amas détectés par la mission Planck. Ils montrent que la grande majorité (60 à 70 %) des sources détectées par Planck évolueront en de véritables amas de galaxies massifs dans le futur. Le reste n'évoluera pas jusqu'au stade d’amas de galaxies, mais restera plus certainement une population de galaxies individuelles et massives caractérisées par une très haute formation stellaire.

« Si plus de six galaxies lointaines formant des étoiles sont liées gravitationnellement, alors il y a plus de 90 % de chances qu’elles deviennent un amas de galaxies dans le futur », explique le Dr Céline Gouin, première autrice de cette étude publiée dans le journal Astronomy & Astrophysics et membre du projet ERC ByoPiC. Le nombre de galaxies liées entre elles serait ainsi un ingrédient déterminant pour distinguer quelle structure lointaine observée est un amas de galaxies en formation. Cette découverte et ce nouveau critère quantitatif ouvrent la voie vers de futures stratégies de détection des proto-amas, prometteuses pour les nouvelles missions spatiales dédiées à l’exploration des galaxies lointaines et leur évolution (JWST et Euclid).