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Le contenu baryonique de l'univers révélé par les raies d'absorption dans le spectre des quasars

1999; EDP Sciences; Volume: 24; Issue: 1 Linguagem: Francês

10.1051/anphys

1286-4838

P. Petitjean,

Stellar, planetary, and galactic studies

Même si des progrès considérables ont été faits ces dernières années dans l'observation d'objets à grand décalage spectral, ceux qui sont détectés par leur émission sont issus d'une population d'émetteurs puissants. Au contraire, n'importe quel objet aussi anodin qu'une galaxie normale ou un nuage intergalactique, se trouvant interposé entre nous et un quasar de grand décalage spectral, engendre une absorption dans le spectre du quasar. Ainsi, les raies d'absorption dans le spectre des quasars permettent de sonder l'univers sur toute la ligne de visée de notre époque (z=0) jusqu'au décalage spectral du plus éloigné des quasars (actuellement z=4,897). Les systèmes d'absorption sont généralement classés en trois catégories. (1) Les systèmes contenant des éléments lourds (différents de l'hydrogène et l'hélium) pour lesquels des raies de nombreux ions peuvent être détectées, de C à C ou de O à O. Parmi ceux-ci, les systèmes optiquement épais à la limite de Lyman sont souvent associés à des galaxies que l'on détecte facilement jusqu'à des décalages spectraux de l'ordre de . Les systèmes plus rares possédant une très forte densité de colonne (N(H) > 2), que l'on appelle les systèmes lorentziens sont, à grand décalage spectral, probablement associés à des disques proto-galactiques. (2) Les systèmes de la forêt Lyman α sont très nombreux et ne contiennent que très peu d'éléments lourds. Ils sont associés à du gaz remplissant le milieu intergalactique. Les caractéristiques physiques des raies (paramètre Doppler, densité de colonne, regroupement) sont dérivées à partir de la modélisation de leur profil. Cela ne peut se faire que sur des données de très bonne qualité qu'il est difficile d'obtenir sur les télescopes de la classe des 4m. En utilisant des lignes de visée proches (images gravitationnelles multiples de quasars ; groupes de quasars rapprochés dans le ciel), on peut évaluer la dimension transversale des nuages qui se révèle être étonnamment grande, de l'ordre de 500 kpc. L'idée que le gaz puisse tracer le potentiel de la matière noire et se répartir le long des structures filamentaires dessinées par celle-ci a été approfondie avec succès grâce à des simulations N-corps récentes. La perspective est ouverte de pouvoir étudier l'évolution cosmologique des grandes structures de l'univers en cartographiant la matière baryonique diffuse. (3) Les systèmes à raies larges (BAL) sont caractérisés par des absorptions s'étendant sur plusieurs dizaines de milliers de kilomètres par seconde. Il s'agit certainement de gaz éjecté par le quasar, qui pourrait faire partie de la région qui émet les raies en émission larges, caractéristiques du spectre des quasars. Ces systèmes sont des sources d'information unique sur les noyaux actifs de galaxie. La quantité d'information déduite des études des systèmes de raies d'absorption dans le spectre des quasars a augmenté de façon considérable ces dernières années. Ceci est dû à l'amélioration de la sensibilité instrumentale et donc de la résolution spectrale des observations, mais aussi à l'élargissement du domaine spectral qu'il est possible d'observer. Ces progrès ont été accompagnés par le développement de simulations numériques détaillées qui ont permis l'émergence d'un modèle cohérent dans lequel le milieu intergalactique est le réservoir de gaz pour la formation des galaxies. Cette dernière en retour influence l'évolution du milieu intergalactique à travers l'éjection des éléments lourds et l'émission de rayonnements ionisants. Un des projets les plus prometteurs de ces prochaines années est de cartographier la distribution spatiale du gaz à grand décalage spectral. Les grands relevés de quasars, maintenant planifiés, vont permettre d'augmenter de façon considérable le nombre de quasars brillants connus qui seront utilisés pour révéler, grâce aux absorptions produites par le gaz, les grandes structures de l'univers. Quelques champs vont être étudiés plus en détail, dans lesquels les quasars seront recherchés jusqu'aux plus faibles luminosités. Si une centaine de lignes de visée peuvent être observées dans un degré carré, le champ de densité de la matière pourrait être reconstruit. C'est un moyen unique d'étudier comment la formation des galaxies est liée à la distribution et la dynamique du gaz dans le milieu intergalactique.