Multi-wavelength analysis of merging galaxy clusters
Analyse multi-longueur d'onde d'amas de galaxies en coalescence
Résumé
In the framework of the hierarchical model of structure formation, galaxy clusters are supposed to form by accretion and merging of smaller units. I present our multi-wavelength (optical, X-ray and radio) observation program of a sample of morphologically complex clusters, representing the different phases of the merging process ("MUSIC: MUlti-wavelength Sample of Interacting Clusters"). This program aims to characterize the formation and evolution phases of interacting clusters. Multi-wavelength analysis is an essential tool to understand these complex systems, as it allows to follow the evolution of its various components: galaxies (optical observations), gas (X-ray observations) and non-thermal components (i.e. relativistic particles and magnetic field emitting at radio wavelengths). In the first part of this thesis, the current knowledge about the physics of merging cluster is detailed by comparing the main observational results with the predictions of numerical simulations. The observations and the data reduction techniques performed in our program are presented in the second part. Following the expectations of the hierarchical model of structure formation, our results on the first clusters of our sample show that they are currently forming by the merging of their sub-structures. These clusters form a sequence from pre-merging (A1750) to post-merging systems (A1413), with A3921 and A521 observed in the central phases of sub-clusters collision. The large scale environment of merging clusters, and the effects of the merger event both on their dynamics and on the internal properties of their galaxies are introduced and discussed in the enclosed papers.
Le scénario hiérarchique de formation des structures prévoit que les amas de galaxies se forment par l'accrétion et la coalescence successives de sous-structures moins massives. Je présente notre programme d'observations couplées en optique, en X et en radio sur un échantillon commun d'amas de galaxies morphologiquement complexes, susceptibles de receler différents stades du processus de coalescence ("MUSIC: MUlti-wavelength Sample of Interacting Clusters"), visant à caractériser la formation et l'évolution de ces objets. L'analyse multi-longueur d'onde est essentielle pour comprendre ces systèmes complexes, l'évolution de la distribution de leurs galaxies (via l'optique), de leur gaz (par l'intermédiaire des observations en X) et de leur composante non-thermique (i.e. particules relativistes et champs magnétiques observables aux longueurs d'onde radio). Dans la première partie de cette thèse, les connaissances actuelles sur la physique des amas de galaxies en cours de fusion sont présentées par la comparaison entre les principaux résultats observationnels et les prévisions des simulations numériques. \noindent Le programme "MUSIC", les observations effectuées et les techniques de traitement et analyse des données sont détaillées dans la deuxième partie. En accord avec les scénario hiérarchique de formation des structures, les résultats sur les premiers amas de notre échantillon montrent qu'il s'agit de systèmes en train de se former par un processus de coalescence entre sous-structures. Ces amas couvrent la séquence de coalescence à partir de la phase de pré-fusion (A1750), aux phases centrales de la collision entre sous-structures (A3921 et A521), jusqu'à la phase de post-fusion avancée (A1413). La structure à grande échelle des amas en coalescence, et les effets du processus de fusion aussi bien sur la dynamique de ces systèmes que sur leurs galaxies sont discutés en détails dans cette deuxième partie et dans les articles inclus.