Euclid: Early Release Observations. A combined strong and weak lensing solution for Abell 2390 beyond its virial radius

Résumé technique : Observations de l'émission précoce d'Euclid sur Abell 2390

Problématique et contexte
Les amas de galaxies servent de puissantes lentilles gravitationnelles, permettant de mesurer les distributions de masse totale depuis leurs cœurs denses jusqu'aux régions situées bien au-delà de leurs rayons de viriel. Si le lentillage fort (SL - strong lensing) fournit des contraintes à haute résolution sur la masse dans les régions internes, il est limité par la dégénérescence masse-feuille (mass-sheet degeneracy) et une couverture spatiale restreinte. À l'inverse, le lentillage faible (WL - weak lensing) s'étend à de grands rayons mais souffre de rapports signal sur bruit plus faibles et des limitations de la résolution atmosphérique (seeing) dans les observations au sol. Le défi consiste à combiner ces ensembles de données pour produire un modèle de masse unifié et de haute fidélité couvrant l'ensemble de l'amas, du galaxie la plus brillante du centre (BCG - Brightest Cluster Galaxy) jusqu'aux périphéries. Cet article traite de cette question en présentant la première analyse combinée de lentillage fort et faible d'un amas de galaxies utilisant les données de la mission Euclid issues des observations de l'émission précoce (ERO - Early Release Observations).

Méthodologie
L'étude se concentre sur l'amas de galaxies Abell 2390 ($z = 0,228$). L'analyse intègre deux ensembles de données distincts :

1. Données de lentillage faible : Dérivées de l'imagerie Euclid ERO VIS, couvrant un champ de vue de $0,5 \text{ deg}^2$ avec une résolution angulaire de $0,13''$ et un échantillonnage de $0,1''$ par pixel. Les auteurs ont construit un catalogue « propre » de galaxies d'arrière-plan en excluant les galaxies de premier plan et les membres de l'amas. Les redshifts photométriques ont été estimés grâce à une combinaison des données Euclid et d'une photométrie ancillaire au sol provenant de Subaru/Suprime-Cam et CFHT. Trois algorithmes de mesure de forme indépendants (SE++, KSB+ et LensMC) ont été fusionnés pour créer le catalogue de cisaillement (shear) final.
2. Données de lentillage fort : L'étude utilise des contraintes spectroscopiques préexistantes issues d'observations du télescope spatial Hubble (HST) (Richard et al. 2008, 2021), incluant des systèmes à images multiples avec des redshifts allant de $z \approx 0,53$ à $z \approx 4,88$.

La reconstruction de la masse a été réalisée à l'aide de WSLAP+, un code de lentillage hybride. Cette méthode décompose le champ de déflexion en une superposition de fonctions gaussiennes 2D (une approche libre de toute forme imposée ou free-form) et inclut une composante paramétrique pour les galaxies membres proéminentes. Les galaxies membres agissent comme un facteur de régularisation, ancrant la solution et empêchant les structures spécieuses. L'algorithme ajuste simultanément les contraintes de SL (positions des images multiples) et les contraintes de WL (mesures de cisaillement par classes/bins) en minimisant une fonction résiduelle sous réserve de contraintes physiques (masses positives). La résolution de la grille était adaptative, avec une densité plus élevée dans la région centrale contrainte par les données de SL.

Résultats clés

• Profil de masse : L'analyse combinée SL+WL a réussi à contraindre le profil de densité sur une large plage radiale ($30 \text{ kpc} < r < 2000 \text{ kpc}$). Le profil est bien décrit par un modèle de Navarro-Frenk-White (NFW) avec un paramètre de concentration $c = 6,5$ et un rayon d'échelle $r_s = 230 \text{ kpc}$.
• Masse et rayon de viriel : La masse de viriel dérivée est $M_{200} = (1,48 \pm 0,29) \times 10^{15} M_\odot$, et le rayon de viriel est $r_{200} = (2,05 \pm 0,13) \text{ Mpc}$.
• Vérifications de cohérence :
  • Le profil de masse dérivé montre un excellent accord avec les résultats X précédents (Allen et al. 2001) qui supposaient un équilibre hydrostatique, confirmant indirectement que l'amas est dans un état presque relaxé.
  • Les résultats sont cohérents avec les études de lentillage faible antérieures basées sur des données au sol (Subaru/CFHT) et les modèles antérieurs de lentillage fort uniquement.
  • L'estimation de la masse s'aligne sur les résultats de WL uniquement dérivés des mêmes données Euclid dans un article connexe (Schrabback et al. 2025).
• Morphologie : La carte de masse 2D révèle un allongement dans la direction Nord-Ouest - Sud-Est (NW-SE), cohérent avec la distribution du plasma émetteur de rayons X et de la lumière intra-amas (intracluster light). L'absence de pics secondaires significatifs dans la distribution lisse de la masse soutient la conclusion d'un état dynamique relaxé.
• Incertitudes : Les auteurs notent que les incertitudes aux grands rayons sont partiellement dictées par la dégénérescence masse-feuille et l'aire limitée des observations ERO par rapport au champ de vue complet, ainsi que par la dépendance aux données au sol pour les redshifts photométriques dans le catalogue propre.

Signification et affirmations
L'article affirme qu'Abell 2390 représente le premier exemple où les données Euclid ont été combinées avec succès à des données de lentillage fort ancillaires pour contraindre les masses des amas jusqu'au rayon de viriel et au-delà. Les auteurs soulignent que la combinaison unique d'Euclid — large champ de vue, haute résolution angulaire et profondeur — permet la détection de galaxies d'arrière-plan jusqu'à $I_E \approx 27$ mag. Cette capacité permet la production de modèles de masse de haute qualité similaires pour des centaines d'autres amas possédant des données de lentillage fort existantes issues d'installations comme HST ou JWST. L'étude démontre que les données de WL d'Euclid peuvent compléter efficacement les contraintes de SL existantes, surmontant les limitations de la résolution atmosphérique des observations de WL au sol et le petit champ de vue des études de SL uniquement basées sur l'espace. Les auteurs concluent que, bien que les résultats actuels soient limités par l'empreinte spécifique de l'ERO et l'absence de redshifts spectroscopiques Euclid pour le champ, les futures données de l'enquête complète amélioreront considérablement les estimations de redshifts photométriques et réduiront la dégénérescence masse-feuille, affinant davantage les mesures de masse pour la population d'amas.