Des scientifiques ont directement observé du gaz intraclustérien chaud dans un protoamas appelé SPT2349-56 à un décalage vers le rouge de 4,3, une période où l'univers avait moins de 1,5 milliard d'années, en utilisant l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Cette découverte, rapportée dans Nature, remet en question les modèles théoriques existants sur la formation des amas de galaxies et le chauffage du milieu intraclustérien (MIC).

L'observation a été rendue possible grâce à la détection de l'effet Sunyaev-Zeldovich (SZ) thermique, un phénomène où les photons du fond diffus cosmologique (CMB) gagnent de l'énergie lorsqu'ils traversent les électrons chauds du MIC. Cet effet fournit un moyen direct de sonder le gaz chaud qui imprègne les amas de galaxies. SPT2349-56, situé dans l'univers primordial, abrite un réservoir important de gaz moléculaire et trois noyaux galactiques actifs (AGN) dans une région relativement petite d'environ 100 kiloparsecs.

L'énergie thermique mesurée au cœur de SPT2349-56 est d'environ 10^61 ergs, ce qui est environ dix fois supérieur à ce que la gravité seule devrait produire. Cela suggère que des mécanismes de chauffage importants étaient à l'œuvre très tôt dans l'assemblage de l'amas. Selon l'article de recherche, cette découverte contredit les attentes théoriques actuelles qui prédisent une diminution de la masse et de la température du MIC vers les époques antérieures, car le gaz est encore en train de s'assembler et d'être chauffé.

Les amas de galaxies sont les plus grandes structures liées gravitationnellement connues dans l'univers. Ils contiennent des centaines, voire des milliers, de galaxies intégrées dans un plasma diffus de gaz chaud, le MIC. Ce MIC contient la majeure partie de la matière baryonique (matière ordinaire constituée de protons et de neutrons) de l'amas et est chauffé à des températures de millions de degrés Kelvin. Comprendre comment le MIC se forme et évolue est crucial pour comprendre l'évolution globale de l'univers.

Les simulations cosmologiques sont utilisées depuis longtemps pour modéliser la formation des amas de galaxies. Ces simulations prédisent que le MIC devrait être moins massif et plus froid aux époques antérieures, car le gaz est encore en train de s'accréter sur l'amas et d'être chauffé par des processus gravitationnels et la rétroaction des AGN. Cependant, la nouvelle observation de SPT2349-56 suggère qu'un chauffage substantiel peut se produire beaucoup plus tôt qu'on ne le pensait auparavant, potentiellement en raison de l'activité intense des AGN au sein du protoamas.

Les implications de cette découverte sont importantes pour notre compréhension de la formation des amas de galaxies. Elle suggère que les processus qui chauffent le MIC, tels que la rétroaction des AGN, pourraient être plus efficaces ou plus répandus dans l'univers primordial qu'on ne le supposait auparavant. D'autres observations de protoamas similaires à des décalages vers le rouge élevés sont nécessaires pour confirmer ces résultats et pour mieux comprendre les mécanismes qui régissent le chauffage précoce du MIC. Ces observations pourraient impliquer l'utilisation d'autres télescopes et instruments pour étudier plus en détail les propriétés du gaz et des galaxies au sein de SPT2349-56.