– OPALES

Les observations radio profondes du ciel ont révélé la présence de sources radio diffuses dans environ 10% des amas de galaxies connus. Leur émission n?est pas associée à des galaxies individuelles, mais à la présence de particules relativistes et de champs magnétiques dans le milieu intra-amas. Une des principales questions ouvertes de l?astrophysique moderne est de comprendre l?origine de cette composante non thermique (NT) intra-amas et ses effets sur l?évolution thermodynamique des amas de galaxies. Caractériser la physique évolutive complexe de ces systèmes est en effet essentiel si nous envisageons de les exploiter comme traceurs cosmologiques à travers les relevés multi-longueur d?onde en cours et prévus. Pour cela, il est nécessaire de connaitre de manière détaillée la nature des différentes composantes des amas (galaxies, milieu intra-amas -MIA- thermique et NT) et de leurs interactions mutuelles. Après l'énorme développement des 15 dernières années de nos connaissances sur la physique des galaxies et du MIA thermique, nous vivons à présent l?«âge d?or» des études NTs d?amas de galaxies: l?ouverture de nouvelles fenêtres spectrales largement inexplorées par les observations astronomiques (i.e. la bande radio basse fréquence, les rayons X et Gamma) va nous permettre d'étudier avec une statistique et une précision sans précédent la physique NT des amas. Le but principal de ce projet est de tester les différents modèles théoriques sur l?origine de la composante NT intra-amas et d?analyser ses effets sur la physique évolutive des amas de galaxies. Les processus responsables de l'accélération des rayons cosmiques observés sont fortement débattus. Actuellement les mécanismes proposés peuvent être regroupés en deux classes: les modèles primaires et secondaires. Les premiers prévoient que la coalescence entre amas (processus à travers lequel les amas se forment et évoluent) est la source d'énergie des mécanismes responsables de l'accélération des électrons. Les seconds proposent que les électrons relativistes sont le produit secondaire des collisions hadroniques entre les protons relativistes et les ions du MIA. Encore plus débattus sont l?origine des champs magnétiques intra-amas et les effets de la composante NT sur les processus de transport et la pression du MIA. À présent il nous manque les moyens instrumentaux pour tester ces différentes théories: la faible brillance de surface et les spectres de puissance raides des sources radio diffuses dans les amas rendent ces objets plus facilement détectables aux basses fréquences et par contre difficiles à observer avec les instruments actuels, principalement efficaces dans le régime des GHz. En fait, seuls les développements technologiques et informatiques récents vont nous permettre d?observer la partie basse fréquence du spectre électromagnétique à l?aide d?une nouvelle génération de radio télescopes qui seront les précurseurs de l?un des projets internationaux les plus importants: le Square Kilometre Array (SKA). Deux instruments précurseurs du SKA ont été projetés et dont l?un des objectifs principaux est l'étude des amas de galaxies: le Low Frequency Array (LOFAR, en Europe) et le Long Wavelength Array (LWA, aux États Unis). Ces radiotélescopes permettront de cartographier l'émission radio diffuse dans les amas à travers des relevés profonds et étendus. Dans ce travail nous exploiterons les possibilités ouvertes par les radiotélescopes basse fréquence modernes, en particulier par le projet européen LOFAR. Les données radio seront combinées aux observations provenant de domaines en longueur d?onde complémentaires (rayons X et, possiblement, Gamma), extrêmement importantes pour caractériser proprement la physique NT des amas. Avec ce projet C. Ferrari, experte en observations multi-longueur d?onde d?amas de galaxies et membre du « Science Team » du « Key Project Surveys » de LOFAR, ouvrira un nouveau domaine de recherche à l?Observatoire de la Côte d?Azur, où elle vient d?obtenir un poste permanent. De l?autre côté, les chercheurs impliqués dans ce projet vont fournir toutes les compétences complémentaires nécessaires pour ce travail: C. Benoist et S. Maurogordato étudient les grandes structures de l?Univers depuis plus de dix ans, T. Passot et D. Laveder ont une connaissance théorique profonde des processus magnétohydrodynamique, E. Slezak et A. Bijaoui sont spécialistes du traitement d?images, expertise essentielle pour développer des outils actuellement inexistants pour la détection de sources radio diffuses à partir de relevés radio de tout le ciel. En fait, le développement de notre projet dépend fortement d?une caractérisation physique précise d'échantillons statistiques de sources radio diffuses dans les amas. Une partie conséquente du projet sera ainsi dévouée au développement d?outils pour la détection automatique efficace et la caractérisation spectrale de sources radio diffuses dans les cartes multifréquences issues des observations LOFAR.