Study of the optical properties of X-ray selected galaxy clusters : multi-wavelengths analysis and implications for the future large surveys

Répondre aux questions fondamentales concernant notre compréhension de l’Univers, comme la cause de son expansion accélérée ou la nature de la matière noire, requiert de confronter les théories aux observations. Dans ce contexte, les amas de galaxies peuvent être utilisés comme de puissantes sondes observationnelles. Cependant, à l’heure actuelle, leur utilisation est limitée par des incertitudes et des effets systématiques, qui affectent notamment la mesure de leur masse, que l’on présume dominée par la matière noire. Les amas de galaxies peuvent être étudiés à différentes longueurs d’onde : le gaz chaud qui compose le milieu intra-amas (ICM en anglais) émet des rayons X et est observable dans le domaine millimétrique via l’effet Sunyaev Zel’dovich (SZ), alors que les galaxies rayonnent principalement en optique et infrarouge. Combiner et comparer ces observables permet de réduire les incertitudes et les effets systématiques des contraintes cosmologiques issues des amas. Dans ce contexte, cette thèse a pour but de préparer les grands relevés observationnels du futur comme Euclid et le Large Synoptic Survey Telescope (LSST). Elle présente les analyses multi-longueurs d’onde d’un échantillon d’amas détectés en X dans le relevé XXL, couvrant une large gamme de masses et de redshifts. La première partie de cette thèse introduit le contexte cosmologique et présente les propriétés observationnelles des galaxies et amas de galaxies, ainsi que les ingrédients pour construire des échantillons cosmologiques d’amas. La deuxième partie traite de la caractérisation optique des amas XXL et des propriétés de leurs galaxies membres. Nous commençons par la présentation de XXL et du Canada-France-Hawaii Telescope Legacy Survey (CFHTLS), un relevé optique associé. Ensuite, nous nous concentrons sur la caractérisation de la qualité des redshifts photométriques du CFHTLS et sur leur utilisation pour construire les fonctions de luminosité (LF en anglais) optiques des galaxies d’amas XXL. Il apparaît que la LF des galaxies satellites dépend légèrement de la richesse des amas, le principal proxy de masse en optique, mais ne montre pas d’évolution significative avec le redshift. Ensuite, nous entreprenons l’étude de la couleur et de la fraction de galaxies à noyaux actifs (AGN en anglais) dans les galaxies d’amas XXL et montrons que la masse joue un rôle clé dans la régulation de l’activité de formation stellaire dans les amas. Pour finir, l’algorithme de détection d’amas WaZP est utilisé pour étudier la contrepartie optique des amas XXL. La troisième partie de cette thèse est consacrée au projet observationnel dédié à la cartographie du signal SZ de trois amas XXL distants, avec la camera à haute résolution angulaire NIKA2. La préparation du projet est discutée, en se servant des données optiques et X afin de prédire le signal SZ attendu. Ensuite, nous présentons la procédure d’observation au télescope et la réduction des données, dédiée à la production des cartes SZ étalonnées. Le projet est en cours et un amas, XLSSC102, à z = 0.97, a été observé partiellement. Nous développons ensuite une méthode de détection en aveugle des potentielles galaxies qui peuvent contaminer le signal SZ, permettant la découverte fortuite de galaxies poussiéreuses à haut taux de formation stellaire dans le champ de XLSSC102. La morphologie et l’état dynamique de XLSSC102 sont ensuite caractérisés grâce à la combinaison des données optiques, SZ et X et les profils radiaux de masse et de propriétés thermodynamiques de l’ICM sont mesurés en associant les données X et SZ. Cela permet de montrer que XLSSC102 est un amas en coalescence avec une masse de ∼ 3 × 10^14 Msol et est compatible avec le scénario d’évolution standard de la formation des amas.

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