Observations multi-longueur d’onde d’amas et de groupes de galaxies proches

Les amas et les groupes de galaxies sont des environnements dynamiques constamment perturbés. D’une part, le trou noir supermassif de la galaxie centrale peut produire de puis- sants jets relativistes compensant les pertes radiatives du milieu intra-amas ou intra-groupe. C’est le mécanisme de rétroaction des noyaux actifs de galaxies. D’autre part, l’interaction de l’amas ou du groupe de galaxies avec d’autres galaxies peut aussi créer d’importantes perturbations sous forme de chocs ou de fronts froids par exemple. En général, ces per- turbations, internes ou externes, peuvent laisser des empreintes dans les observations des groupes et des amas, et ce, dans tout le spectre électromagnétique. Dans cette thèse, l’étude observationnelle multi-longueur d’onde d’un groupe et d’un amas de galaxies proches est pré- sentée. L’ensemble de ces travaux auront permis de mieux comprendre certains des processus physiques complexes qui caractérisent ces environnements. D’abord, l’analyse d’observations profondes (380 ks) de l’observatoire de rayons X Chan- dra de la galaxie NGC 4472 (z = 0.0038), galaxie dominante d’un groupe de galaxies plon- geant dans l’amas de la Vierge, est présentée. Ces nouvelles données ont permis l’étude détaillée de la dynamique des lobes radio. Des coquilles de gaz froid entourant les lobes radio ont été détectées et semblent être constituées de gaz provenant du centre du groupe. Nous estimons l’énergie requise pour soulever ce gaz à partir du centre de NGC 4472 à ∼ 1056 erg. Nous avons également mené l’analyse de la distribution de l’abondance de différents éléments (O, Ne, Mg, Si et Fe) à partir du spectre rayons X. Ensuite, nous avons produit une carte à basse fréquence radio de l’amas de Persée (z = 0.018) obtenue à partir de nouvelles observations du Karl G. Jansky Very Large Array à 230- 470 MHz en configuration B. Les étapes de réduction des données et de calibration de même que le processus d’imagerie ont été spécifiquement adaptés à l’analyse de ces observations, tenant compte à la fois de la forte présence des interférences des fréquences radio à ces fréquences et de la présence du noyau actif de galaxie très brillant au centre de l’amas. Ces observations ont révélé une multitude de nouvelles structures associées à l’émission radio centrale diffuse dans l’amas, le mini-halo. Ces structures incluent plusieurs filaments radiaux s’étendant dans diverses directions, une structure concave corrélant avec la baie et plusieurs autres correspondances avec les structures rayons X telles que les fronts froids. Ces résultats montrent que les mini-halos ne sont donc pas de simples sources radio diffuses et uniformes, mais possèdent plutôt une riche variété de structures complexes. Un portrait complet de la dynamique des filaments de la nébuleuse de gaz ionisé entou- rant la galaxie NGC 1275, galaxie dominante de l’amas de Persée, a également été révélée grâce aux observations de SITELLE («Spectromètre Imageur à Transformée de Fourier pour l’Étude en Long et en Large des raies d’Émission»), un nouveau spectro-imageur à transfor- mée de Fourier au télescope Canada-France-Hawaii. Grâce à son champ de vue de 11′ × 11′, il s’agit du seul instrument de ce type capable de couvrir la nébuleuse de 80kpc × 55kpc (3.8′ × 2.6′ à la distance de NGC 1275) de large dans son entièreté. Notre analyse de ces observations montre un gradient radial du ratio des raies [N II]λ6583/Hα, suggérant un changement dans la source et le mécanisme d’ionisation à travers la nébuleuse. Nous avons produit pour la première fois une carte de vitesse complète et détaillée des filaments. Cette carte révèle une structure dynamique complexe inconnue jusqu’à ce jour. Celle-ci ne montre pas de tendance radiale générale ni de signe de rotation globale, indiquant que les filaments ne sont pas en train de tomber uniformément vers la galaxie ni d’être uniformément entraînés vers l’extérieur. Une comparaison entre ces mesures et les résultats de Hitomi obtenus pour l’amas de Persée est également présentée. Enfin, nous avons créé une image haute résolution à 230-470 MHz de l’amas de Persée grâce aux nouvelles observations en configuration A du Karl G. Jansky Very Large Array. La gamme dynamique élevée et la haute résolution de cette image ont permis l’identification de nouvelles structures. Dû à la haute résolution, la majorité de l’émission étendue du mini- halo occupant le centre de l’amas disparait dans ces observations et seules les parties les plus brillantes vers l’ouest demeurent visibles. L’émission radio centrale remplit les cavités internes visibles en rayons X et s’étend vers les cavités externes. Les cavités externes étant visibles à plus basses fréquences radio, nous détectons donc une partie courbe dans le spectre à environ 350 MHz. Au-delà de l’émission centrale entourant NGC 1275, nous décrivons et analysons également la morphologie de plusieurs sources radio complexes situées dans l’amas de Persée : IC 310, NGC 1265, CR 15 et NGC 1272. Ces galaxies radio sont en train de tomber dans l’amas de Persée. Nous détectons des distorsions dans la queue d’émission radio de la source IC 310 de même que deux jets distincts. Nous rapportons la présence d’une structure filamenteuse globale associée à la galaxie NGC 1265. Finalement, les galaxies radio CR 15 et NGC 1272 sont également résolues dans l’image haute-résolution obtenue.

Keyphrases: Amas et groupes de galaxies, Galaxies, Noyaux actifs de galaxies, Milieu intra-amas et intra-groupe, Astronomie rayon X, Radio astronomie, Spectro-imagerie à transformée de Fourier, Jets, Mini-halos, Trous noirs supermassifs, Cavités