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Thèse Année : 2011

Analysis of the statistical properties of galaxy clusters

Analyse des propriétés statistiques des amas de galaxies

Résumé

Clusters of galaxies are one of the major tools of modern cosmology. A measure of the abundance of these objects can be used to characterize the cosmological properties of the Universe and the analysis of their different physical properties such as mass, temperature or the X-ray luminosity of the intracluster gas can constrain models of formation and evolution of these objects. In both cases, the fundamental quantity is the mass of the galaxy cluster. Being able to estimate them in the most efficient and accurate possible way is then mandatory. The work presented here is part of this: the study of a representative sample of galaxy clusters with masses deduced from two completely different methods in order to increase their reliability. This thesis focuses on the method that uses the gravitational lensing effects predicted by the theory of General Relativity. The analysis of wide field optical images of clusters formed the bulk of this work: selection of lensed galaxies, estimate their shape, measure of the shear signal and reconstruction of the mass. Each step is accompanied by errors and limitations that were highlighted, particularly those attributed to the large distance of the sample of clusters. Its study in terms of statistics was used to characterize the so-called scaling laws. These relationships between the different properties of clusters are used to study models of structures formation and provide the necessary tool to use clusters as a cosmological constraint. Their calibration therefore requires a robust estimate of the masses. Those deduced from the analysis of the effects of gravitational lenses have been compared with the results of the second method based on the X-ray emission of the intracluster gas. For 7 of the 11 clusters in the sample, the estimated masses are consistent which increases their credibility. For other cases, the differences highlight the limitations inherent to each method, especially projection effects and the dynamical state of the cluster. The results obtained on the calibration of the scaling laws are in good agreement with several other works of the same type, especially with nearby clusters. In particular, the presence of non-gravitational physical processes is highlighted, both on the gas properties and those of the population of cluster galaxies.
Les amas de galaxies constituent un des outils majeurs de la cosmologie moderne. Une mesure de l'abondance de ces objets permet de caractériser les propriétés cosmologiques de l'Univers et l'analyse de leurs différentes propriétés physiques telles que la masse, la température ou la luminosité X du gaz intra-amas permet quant à elle de contraindre les modèles de formation et d'évolution de ces objets. Dans les deux cas, la grandeur fondamentale est la masse de l'amas de galaxies. Etre capable de les estimer de la manière la plus efficace et la plus précise possible est donc une nécessité. Le travail présenté ici s'inscrit dans cette optique : l'étude d'un échantillon représentatif d'amas de galaxies avec des masses déduites de deux analyses totalement différentes afin d'en augmenter la fiabilité. Cette thèse met l'accent sur la méthode qui utilise les effets de lentilles gravitationnelles prédits par la théorie de la Relativité Générale. L'analyse d'images optiques grand champ des amas a constitué la plus grande partie de ce travail : sélection des galaxies lentillées, estimation de leur forme, mesure du signal de cisaillement gravitationnel et reconstruction de la masse. Chaque étape du processus s'accompagne d'erreurs et de limitations qui ont été mises en lumière, en particulier celles attribuées à la distance importante de l'échantillon d'amas. L'étude de celui-ci du point de vue statistique a permis de caractériser ce qu'on appelle les lois d'échelle. Ces relations entre les différentes grandeurs des amas permettent d'étudier les modèles de formation des structures et constituent l'outil nécessaire à une utilisation des amas comme contrainte cosmologique. Leur étalonnage nécessite donc une estimation robuste des masses. Celles déduites de l'analyse des effets de lentilles gravitationnelles ont ainsi été comparées avec les résultats de la seconde méthode basée sur l'émission X du gaz intra-amas. Pour 7 des 11 amas de l'échantillon, les masses estimées sont compatibles ce qui augmente leur crédibilité. Pour les autres cas, les différences observées mettent en lumière les limitations intrinsèques à chaque méthode, en particulier les effets de projection et l'état dynamique de l'amas. Les résultats obtenus sur la calibration des lois d'échelles sont quant à eux en bon accord avec une grande partie des autres travaux du même type, notamment sur des amas plus proches. En particulier, la présence de processus physiques non gravitationnels est mise en évidence, à la fois sur les propriétés du gaz et celles de la population des galaxies de l'amas.
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Dates et versions

tel-00627801 , version 1 (29-09-2011)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00627801 , version 1

Citer

Gaël Foëx. Analyse des propriétés statistiques des amas de galaxies. Astrophysique [astro-ph]. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00627801⟩
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