Contribution à l'étude des propriétés physiques du milieu intergalactique via les observations infrarouges, submillimétiques et millimétriques
Résumé
This work concerns the largest self-graviting structures of the Universe, clusters of galaxies. Due to its thermodynamical conditions, their intracluster atmosphere is completely ionised. This gas is observed at X-ray wavelengths through its free-free emission, and at submillimeter\-millimeter wavelengths through the Sunyaev-Zel'dovich (SZ) effect. This effect is due to the inverse Compton scattering of the cosmic microwave background photons by the hot intracluster electrons. First, taking into account the weakly relativistic behaviour of the electrons, we performed exact calculations of the SZ spectrum. The resulting spectra show the strong dependency of the SZ effect spectral shape with respect to the gas temperature. Making use of this work, we analysed the millimeter data from the DiaBolo spectrophotometer in the direction of a massive and distant cluster, RXJ1347-1145. With a high angular resolution, we have mapped the centre and the extended emission of this cluster, leading to the detection of the strongest SZ effect measured to date. The comparison with the X-ray data shows some very exiting and puzzling differences. In the third part, we present for the first time the spectrum of a galaxy cluster, A2163, from far infrared (90~$\mu$m) to millimeter (2.1~mm) wavelengths. The constraints set by the FIR measurements on the residual dust emission, allowed us put strong constraints on the SZ parameters. Finally, we propose a new method which allows to extract the intracluster gas temperature from a set of SZ data. We have quantified the reliability of this method in case of observations obtained from the Planck surveyor and the Herschel space missions.
Cette étude porte sur les plus grandes structures auto-cohérentes connues dans l'univers, les amas de galaxies. Du fait de ses conditions thermodynamiques, leur halo de gaz est complètement ionisé. Ce plasma est observable aux longueurs d'onde X par son émission de freinage, ainsi qu'en submillimétrique et en millimétrique via l'effet Sunyaev-\-Zel'dovich (SZ). Cet effet résulte de la diffusion des photons du champ de rayonnement cosmologique par les électrons du milieu intergalactique. Dans un premier temps, nous avons calculé numériquement le spectre exact de l'effet SZ en prenant en compte le comportement relativiste des électrons du gaz. Ainsi, nous avons mis en évidence la forte dépendance de leur forme en fonction de la température du milieu. A l'aide de cet outil, nous avons analysé les données millimétriques du spectrophotomètre DiaBolo en direction de l'amas RXJ1347-1145. Ces observations à haute résolution spatiale ont permis la détection du plus fort signal SZ mesuré jusqu'à présent, ainsi qu'une émission étendue dont la structuration semble différer de celle observée aux longueurs d'onde X. Nous avons ensuite élargi le domaine spectral d'observation aux longueurs d'onde infrarouges et submillimétriques. Ainsi, nous avons obtenu le spectre de l'amas d'Abell 2163 entre 90~$\mu$m et 2.1~mm. Les contraintes imposées par les mesures infrarouges sur l'émission de poussière ont permis d'optimiser la détermination des paramètres SZ. En extrapolant cette étude au cas des missions spatiales, Planck Surveyor et Herschel, nous avons montré que les données SZ sont une source d'information auto-suffisante. Nous avons ainsi quantifié la précision avec laquelle la température du gaz intra-amas pourrait être déduite des observations SZ faites avec ces instruments.
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