Analyse des propriétés statistiques des amas de galaxies

Abstract

Les amas de galaxies constituent un des outils majeurs de la cosmologie moderne. Une mesure de l'abondance de ces objets permet de caractériser les propriétés cosmologiques de l'Univers et l'analyse de leurs différentes propriétés physiques telles que la masse, la température ou la luminosité X du gaz intra-amas permet quant à elle de contraindre les modèles de formation et d'évolution de ces objets. Dans les deux cas, la grandeur fondamentale est la masse de l'amas de galaxies. Être capable de les estimer de la manière la plus efficace et la plus précise possible est donc une nécessité. Le travail présenté ici s'inscrit dans cette optique : l'étude d'un échantillon représentatif d'amas de galaxies avec des masses déduites de deux analyses différentes afin d'en augmenter la fiabilité. Cette thèse met l'accent sur la méthode qui utilise les effets de lentilles gravitationnelles prédits par la théorie de la Relativité Générale. L'analyse d'images optiques grand champ des amas a constitué la plus grande partie de ce travail : sélection des galaxies lentillées, estimation de leur forme, mesure du signal de cisaillement gravitationnel et reconstruction de la masse. Chaque étape du processus s'accompagne d'erreurs et de limitations qui ont été mises en lumière, en particulier celles attribuées à la distance importante des amas. L'étude de l'échantillon d'amas du point de vue statistique a permis de caractériser ce qu'on appelle les lois d'échelle. Ces relations entre les différentes grandeurs des amas permettent d'étudier les modèles de formation des structures et constituent l'outil nécessaire à une utilisation des amas comme contrainte cosmologique. Leur étalonnage nécessite donc une estimation robuste des masses. Celles déduites de l'analyse des effets de lentilles gravitationnelles ont ains été comparées avec les résultats de la seconde méthode basée sur l'émission X du gaz intra-amas. Pour 7 des 11 amas de l'échantillon, les masses estimées sont compatibles ce qui augmente leur crédibilité. Pour les autres cas, les différences observées mettent en lumière les limitations intrinsèques à chaque méthode, en particulier les effets de projection et l'état dynamique de l'amas. Les résultats obtenus sur la calibration des lois d'échelles sont quant à eux en bon accord avec une grande partie des autres travaux du même type, notamment sur des amas plus proches. Par exemple, la présence de processus physiques non gravitationnels est mise en évidence, à la fois sur les propriétés du gaz et celles de la population des galaxies de l'amas.Galaxy clusters are one of the most powerful tool of modern cosmology. The abundance of these objects allows to characterize the cosmological properties of the Universe, and the analysis of their physical properties such as mass, temperature or X-ray luminosity of the intra cluster gas, allows to constrain models of formation and evolution of the galaxy clusters. In both cases, the fundamental property is the galaxy cluster mass. It is therefore mandatory to be able to measure it in the most efficient and accurate way. The work presented here follows this problematic: the study of a representative sample of galaxy clusters with masses derived from two different methodologies in order to increase their reliability. This thesis focuses on the gravitational lensing methodology as predicted by the theory of General Relativity. The analysis of the wide-field optical images has been the principal part of the work: selection of the lensed galaxies, estimation of their shape parameters, measure of the shear signal, and the clusters mass reconstruction. To each step of the process are associated errors and limitations, which were highlighted, in particular those due to the large distance of the clusters. The statistical study of the clusters sample allowed to characterize the so-called scaling laws. These relations between the several properties of a galaxy cluster can be used to constrain the model of formation and evolution of structures, and are the main tool used to derive cosmological constraints from galaxy clusters. Their precise calibration requires therefore robust masses. Those derived from the gravitational lensing effect have been compared with the results from the X-ray analysis. For 7 clusters over the 11 in the sample, the masses derived from the two methodologies are in good agreement, thus increasing their reliability. For the other clusters, the observed discrepancies highlight the intrinsic limitations of each method, in particular projection effects and the dynamical state of the cluster. The results obtained on the calibration of the scaling laws are in good agreement with numerous similar works, in particular at lower redshifts. For instance, the presence of non gravitational physical processes has been revealed, both on the properties of the gas and the galaxy population of the clusters