L'impact des trous noirs les plus massifs de l’Univers sur le coeur des amas de galaxies

Les amas de galaxies sont les plus grandes concentrations de matière gravitationnellement liées de l'Univers. Ils sont formés de centaines à des milliers de galaxies, dont la plus grande et la plus massive, la galaxie dominante, se trouve au centre du potentiel gravitationnel de l'amas. Au centre des amas de galaxies dits à coeur froid, la galaxie dominante de l'amas a en son centre un trou noir supermassif actif, appelé noyau actif de galaxie, qui éjecte des jets relativistes produisant des cavités et de grandes perturbations dans le milieu intra-amas. C'est ce qui est appelé le mécanisme de rétroaction du noyau actif de galaxie et qui permet de balancer le refroidissement de l'amas. Dans certains de ces amas de galaxies, il y a aussi de l'émission radio diffuse, appelée radio mini-halo, qui est détectée. Il s'agit de sources d’une taille de ~100 à 500 kpc centrées sur la galaxie dominante. Ces radio mini-halos se retrouvent dans les amas à coeur froid, mais leur origine est encore inconnue. En effet, pour produire une telle émission, il faut des particules relativistes et des champs magnétiques, mais à une telle distance du centre de l'amas, les particules dans le milieu intra-amas ne devraient plus être relativistes. Présentement, l'hypothèse la plus acceptée dans la littérature pour expliquer leur origine est par la ré-accélération de particules grâce à la turbulence du milieu intra-amas due à des fusions mineures. Par conséquent, dans ce mémoire, notre but est de mieux comprendre l'origine de ces structures radio et d'explorer d'autres mécanismes qui pourraient expliquer leur origine, dont la turbulence générée par la rétroaction du noyau actif de galaxie de la galaxie dominante. Nous avons donc fait un recensement de tous les radio mini-halos publiés à ce jour, en y incluant deux nouveaux radio mini-halos découverts par notre collaboration avec des nouvelles observations radio du Karl G. Jansky Very Large Array. Un de ces deux radio mini-halos se trouve dans l'amas de galaxies proche et massif PKS 0745-191 (z = 0,1028) et l'autre dans l'amas de galaxies massif MACS J1447.4+0827 (z = 0,3755). Ce recensement a permis d'effectuer une analyse statistique détaillée entre les propriétés des radio mini-halos et celles de leur amas de galaxies. En plus de confirmer des corrélations déjà connues avec plus d'objets, cette analyse a permis d'explorer pour la première fois la relation entre les radio mini-halos et les processus de rétroaction du noyau actif de galaxie de la galaxie centrale. Pour ce faire, l'émission radio provenant du noyau actif de galaxie de la galaxie centrale a été séparée spectralement en deux composantes : une venant de l'accrétion en cours et une venant des éjections passées, comme par exemple les jets relativistes responsables de la rétroaction. De fortes corrélations, jusqu'alors inconnues, ont été trouvées entre la puissance radio des mini-halos et celle de ces deux composantes du noyau actif de galaxie. La plus forte de ces deux corrélations est celle utilisant la composante reliée aux jets relativistes. De plus, une nouvelle corrélation forte entre la puissance radio des mini-halos et la puissance rayons X des cavités, créées par les jets relativistes, a été découverte. Globalement, cette étude indique que les radio mini-halos sont directement connectés au noyau actif de galaxie central dans les amas de galaxies. Ainsi, dans ce mémoire, l'hypothèse selon laquelle la rétroaction du noyau actif de galaxie pourrait être un des mécanismes dominants dans la création des radio mini-halos est proposée. Ceci serait fait par l'injection d'énergie dans le milieu intra-amas, ce qui permettrait de ré-accélerer une population de particules avec suffisamment d'énergie initiale. La rétroaction dans les amas de galaxies à coeur froid serait non seulement essentielle pour contrer le refroidissement du milieu intra-amas, mais jouerait aussi un rôle fondamental pour ré-énergiser la population de particules non-thermiques formant les émissions radio diffuses nommées radio mini-halos.

Keyphrases: Recensement, Radio mini-halos, Amas de galaxies, Rétroaction du noyau actif de galaxie, Trous noirs supermassifs, Jets, Cavités, Milieu intra-amas, Radio astronomie, Astronomie rayons X, Cibles : PKS 0745-191, MACS J1447.4+0827, Radio mini-halos, Jets