Des scientifiques ont directement observé du gaz intracumulé chaud dans le protoamas SPT2349-56 à un décalage vers le rouge de 4,3, une découverte qui remet en question les modèles théoriques existants de la formation des amas de galaxies. En utilisant l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), l'équipe de recherche a détecté l'effet Sunyaev-Zeldovich (SZ) thermique, un phénomène où les photons du fond diffus cosmologique sont diffusés par les électrons chauds dans le milieu intracumulé (ICM). Cette observation, rapportée dans la revue Nature, indique la présence d'une quantité substantielle de gaz chaud, environ 10^61 erg d'énergie thermique, dans le cœur de SPT2349-56.

La découverte fournit des informations cruciales sur les premiers stades de l'assemblage des amas de galaxies. Les amas de galaxies, les plus grandes structures liées gravitationnellement dans l'univers, contiennent de vastes quantités de gaz chaud, connu sous le nom d'ICM, qui représente une part importante de la masse baryonique de l'amas. Les simulations cosmologiques ont suggéré que la masse et la température de l'ICM devraient diminuer à des époques antérieures, car le gaz est encore en train d'être assemblé et chauffé. Cependant, l'observation d'un ICM chaud à une époque aussi reculée (z=4,3) suggère que des mécanismes de chauffage importants étaient déjà à l'œuvre beaucoup plus tôt que prévu.

"Cette mesure implique une énergie thermique environ 10 fois supérieure à ce que la gravité seule devrait produire", ont déclaré les chercheurs dans leur publication dans Nature, soulignant le contenu énergétique inattendu de l'ICM dans SPT2349-56. Le protoamas, situé à environ 12 milliards d'années-lumière, abrite également un grand réservoir de gaz moléculaire et trois noyaux galactiques actifs (AGN) radio-bruyants dans une région relativement petite d'environ 100 kiloparsecs. Ces AGN pourraient contribuer au chauffage de l'ICM par le biais de puissants écoulements et rayonnements.

L'effet Sunyaev-Zeldovich, la clé de cette découverte, est un outil puissant pour détecter le gaz chaud dans les amas de galaxies. Il résulte de la diffusion Compton inverse des photons du fond diffus cosmologique (CMB) par les électrons chauds dans l'ICM. Cette diffusion provoque une légère distorsion du spectre du CMB, qui peut être détectée par des radiotélescopes sensibles comme ALMA. L'intensité de l'effet SZ est directement liée à la pression thermique de l'ICM, fournissant une mesure de sa température et de sa densité.

Les implications de cette découverte s'étendent à notre compréhension des processus qui régissent la formation et l'évolution des amas de galaxies. La présence précoce d'un ICM chaud suggère que les mécanismes de rétroaction, tels que ceux provenant des AGN, pourraient jouer un rôle plus important dans le chauffage du gaz que ce que l'on pensait auparavant. Ces processus de rétroaction peuvent réguler la formation d'étoiles au sein de l'amas et influencer la distribution globale de la matière dans l'univers.

Les recherches futures se concentreront sur l'étude d'autres protoamas à décalage vers le rouge élevé afin de déterminer si le chauffage précoce de l'ICM est un phénomène courant ou unique à SPT2349-56. D'autres observations avec ALMA et d'autres télescopes aideront à caractériser les propriétés de l'ICM dans ces systèmes et à identifier les sources de chauffage. Ces études fourniront des contraintes précieuses sur les simulations cosmologiques et aideront à affiner notre compréhension de l'interaction complexe entre la gravité, la dynamique des gaz et les processus de rétroaction dans l'univers primordial.