L’Univers extragalactique en rayons X

Florence DURRET est astronome à l’Institut d'astrophysique de Paris, où elle a préparé sa thèse de troisième cycle, après quatorze mois de séjour en Chine en 1979-1980, puis son doctorat d’Etat, soutenu en 1989.

Son travail de recherche porte sur les observations de galaxies et d'amas de galaxies dans plusieurs domaines de longueur d'onde, en particulier en lumière visible et en rayons X. Avec une dizaine de collègues en France et à l'étranger, elle s’intéresse particulièrement aux effets du milieu environnant sur les propriétés des galaxies appartenant à des groupes ou amas. Dans ce but, elle a observé des centaines de galaxies en spectroscopie, afin de déterminer leur distance et leur appartenance à l ’amas considéré. Ces données ont été complétées par de l ’imagerie multi-bandes, qui permet de connaître la distribution spatiale et les propriétés morphologiques des galaxies de l ’amas. En combinant ces deux types de données, il est ensuite possible de proposer un scenario probable de formation de l’amas, en particulier de remonter dans le temps et d’estimer les caractéristiques des fusions d’amas récentes qui ont pu s ’y produire. En rayons X, F. Durret s ’est intéressée en particulier aux modifications apportées sur le gaz chaud des amas par la chute d’un groupe ou d’un autre amas. Le satellite XMM-Newton permet maintenant de cartographier la température et la distribution du fer dans le gaz des amas de galaxies, et grâce à ces indications on peut reconstituer l ’histoire de l ’amas. Au début de sa carrière, F. Durret s’est intéressée aux galaxies à noyau actif, et elle poursuit des travaux dans ce domaine, en s ’intéressant en particulier à la morphologie et aux populations stellaires des régions centrales de ces galaxies.

Outre son activité de recherche, F. Durret effectue également un tiers de service d ’enseignement dans les divers cursus proposés par l’Observatoire de Paris (Master 1, Diplômes Universitaires) et participe depuis le début de sa carrière à des actions de formation continue des enseignants. Elle mène aussi des actions de vulgarisation dans des classes et pour le grand public. Elle a été membre élu du Comité National de la recherche scientifique, entre 2000 et 2004. F. Durret a publié une centaine d’articles scientifiques dans des revues à comité de lecture, parmi lesquelles plusieurs dans un ouvrage collectif paru en 2008 : « Clusters of galaxies, beyond the thermal view », édité par J.S.Kaastra. Elle a participé à de nombreux colloques nationaux et internationaux, et rédigé un chapitre de livre de vulgarisation « Les amas de galaxies », à paraître sous la supervision de F. Combes. Elle encadre régulièrement des stagiaires de divers niveaux et a encadré ou co-encadré 7 thèses et 3 séjours post-doctoraux.

L’observation de sources extragalactiques dans ciel en rayons X date de la fin des années 1960. En effet, l’atmosphère terrestre ne laisse pas passer ce type de rayonnement, et il est nécessaire d’observer par satellite, ce qui exige un certain niveau technologique. Un historique rapide des observations X de 1968 à nos jours sera présenté, en insistant sur les différents paliers franchis à chaque nouvelle génération de satellites, en termes de résolution spatiale, de résolution en énergie et de sensibilité. Les galaxies sont des ensembles composés de milliards d’étoiles, de gaz et de poussières. Une fraction non négligeable des galaxies (environ 20%) présente un rayonnement supérieur à celui des étoiles qui les composent : on parle alors de galaxies à noyau actif. Il semble maintenant établi que la plupart des galaxies à noyau actif émettent en rayons X, où nous les détectons comme des sources ponctuelles (non résolues spatialement).

Les galaxies tendent à s’associer en groupes (de quelques galaxies à quelques dizaines de galaxies) ou en amas, pouvant comprendre des centaines, ou même des milliers de galaxies. Dans les amas, on trouve également du gaz très chaud et très peu dense qui émet dans le domaine des rayons X, et de la matière noire, que l’on ne voit pas directement mais dont on soupçonne l’existence en raison de ses effets gravitationnels.

Nous présenterons les principales propriétés des amas en rayons X : mécanisme d’émission, propriétés du gaz chaud (température, abondance en éléments lourds, en particulier le fer). Nous verrons ensuite que les amas sont souvent encore en train de se former par accrétion de groupes de galaxies, et que les collisions de deux amas sont fréquentes. Grâce aux cartes de température et d’abondance en fer du gaz intergalactique il est maintenant possible de remonter au scenario de formation de chaque amas. Nous présenterons comment le gaz des amas peut aussi agir sur les propriétés des galaxies de l’amas, et leur arracher leur gaz (de l’hydrogène froid). Enfin, nous verrons qu’en supposant que le gaz « trace » la distribution de matière de l’amas, il est possible à partir de la distribution de l’émission X de calculer la distribution de masse totale de l’amas (matière noire inclue).

Nous présenterons rapidement le modèle selon lequel le rayonnement d’une galaxie active géante au centre de certains amas peut empêcher le gaz de se refroidir par rayonnement.

Enfin nous évoquerons très brièvement les contraintes déduites des amas sur les paramètres cosmologiques.