Thermal and non-thermal properties of the diffuse plasma in galaxy clusters
Étude des propriétés thermiques et non-thermiques du plasma diffus dans les amas de galaxies
Résumé
Galaxy clusters represent the last step of the formation of large-scale structures in the Universe. They are recognized as one of the most important cosmological probes and unique cosmic laboratories. Clusters grow by accretion of the surrounding material and from the merging of sub-clusters, in very energetic events, eventually forming a diffuse gas phase dominated by a hot thermal component, but also leading to particle acceleration up to very high energies. This habilitation thesis summarizes the efforts made over the last few years to understand the astrophysical mechanisms associated with the formation and evolution of the intra-cluster medium. The first part reviews the developments made in the millimeter band with the NIKA and NIKA2 cameras, extensively complemented by other observations, to probe the thermal gas state at high angular resolution and measure its redshift evolution. In the second part, the search for the diffuse gamma-ray emission from galaxy clusters, which probes the cosmic ray physics, is reviewed. It highlights the latest results obtained with the Fermi-LAT data and presents the expectations for future CTA observations. The third part discusses prospects. It focuses on alternative means to probe the cluster cosmic rays, but also on the possibility to use resolved microwave observations to understand better the coevolution of the thermal and non-thermal cluster components.
Les amas de galaxies représentent la dernière étape de la formation des structures à grande échelle dans l'Univers. Ils sont reconnus comme l'une des sondes cosmologiques les plus importantes, mais aussi comme des laboratoires cosmiques uniques. Les amas se forment par accrétion de matière environnante et par fusion de sous-amas, lors d'événements très énergétiques, formant finalement une phase gazeuse diffuse dominée par une composante thermique chaude, mais conduisant également à l'accélération de particules jusqu'à de très hautes énergies. Cette thèse d'habilitation à diriger les recherches résume les efforts déployés au cours des dernières années pour comprendre les mécanismes astrophysiques associés à la formation et à l'évolution du milieu intra-amas. La première partie passe en revue les développements réalisés dans le domaine millimétrique avec les caméras NIKA et NIKA2, et largement complétés par d'autres observations, afin de sonder la physique thermique du gas à haute résolution angulaire et mesurer son évolution en redshift. Dans la deuxième partie, la recherche de l'émission diffuse de rayons gamma dans les amas de galaxies, qui trace la physique des rayons cosmiques, est passée en revue. L'accent est mis sur les derniers résultats obtenus avec les données de Fermi-LAT et présente les perspectives pour les futures observations de CTA. La troisième partie traite des perspectives futures. Elle se concentre sur des moyens alternatifs pour sonder la physique des rayons cosmiques dand les amas, mais aussi sur la possibilité d'utiliser des observations millimétriques résolues pour mieux comprendre la co-évolution des composantes thermiques et non-thermiques dans les amas.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
|---|
