LERMA UMR8112

Laboratoire d’Études du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères



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Galaxies et Cosmologie

par Françoise Combes - publié le , mis à jour le

Le pole a plusieurs thèmes de recherche, qui peuvent être réunis en :

  1. L’univers primordial : inflation, fonds cosmiques, réionisation
  2. Matière noire : Froide, tiède ou gravité modifiée ?
  3. Formation des galaxies : galaxies à grand redshift, évolution séculaire et fusions de galaxies
  4. Trous noirs et galaxies : AGN, starbursts, croissance symbiotique et feedback
  5. Formation d’étoiles : efficacité, histoire et populations stellaires

Voir Activités du groupe pour plus de détails

Le pôle Galaxies et cosmologie comprend un groupe étudiant le fond diffus cosmologique (CMB), qui a un rôle majeur dans la mission Planck, un autre groupe travaillant sur le modèle standard de l’Univers, la théorie de l’inflation en comparaison aux observations. Une autre équipe étudie par le biais de simulations numériques l’époque de la réionisation de l’Univers (EoR), et en particulier la préparation de SKA (prototype EMBRACE, les projets clés sur les télescopes précurseurs, etc.).
Un travail de pionnier a été fait sur les flux de refroidissement et sur la présence de gaz moléculaire froid près des galaxies les plus brillantes d’amas. La nature de la matière noire, et la recherche sur les théories alternatives proposant une gravitation modifiée ont été testés par la dynamique des galaxies et par les observations. Une étude approfondie de l’alimentation des AGN et de sa rétroaction a été réalisée, abordant l’histoire de la croissance des trous noirs supermassifs et l’évolution des galaxies.

Figure 1 : Simulations de l’émission HI-21cm pendant l’Epoque de Réionisation (EoR). Exemple de surface de section du cône de lumière à 21-cm : dTb à partir de la simulation brute (à gauche) , dTb avec le bruit et la résolution de SKA (milieu) et dTb avec le bruit et la résolution de LOFAR (à droite). Les couleurs montrent la température de brilliance différentielle Tb en mK.

Une autre équipe travaille à la fois sur l’observation des galaxies locales, la physique des galaxies dans les amas, les galaxies à grand redshift, et sur les théories dynamiques de l’évolution et de la formation des galaxies, sur la formation des étoiles à grande échelle et l’histoire de la formation des étoiles cosmique.
Les observations multi-longueurs d’onde sont largement utilisées, avec des longueurs d’onde de l’ordre du millimètre et centimètre avec les instruments de l’IRAM, le VLA et maintenant ALMA depuis 2011-12, l’infrarouge moyen et lointain avec les satellites Spitzer et Herschel, l’optique et le proche infrarouge avec le CFHT et ESO. Des membres de l’équipe sont des leaders dans les programmes clés, tels que le consortium NUGA sur l’interféromètre de l’IRAM, le consortium PrimGal sur le VLT, ou de grands programmes « legacy » à l’IRAM (qui sera complété par NOEMA dans un proche avenir) sur les galaxies lointaines, et l’observation de galaxies à grand z avec APEX, Plateau de Bure et ALMA, dont les données arrivent maintenant fréquemment pour les différents groupes. Une équipe se prépare activement pour le SKA.

Figure 2 : Un des objets de l’échantillon dans le Grand Programme PHIBSS de l’IRAM PdB à z = 1.2 A gauche : Superposition de la carte de CO (en rouge, obtenue avec l’interféromètre de l’IRAM), avec les images en bande I (en vert) et la bande V (en bleu) obtenues avec le télescope spatial Hubble. La raie CO(3-2), décalée vers le rouge à 2 mm, a été observée avec une résolution angulaire de 0,6 "x0.7" (indiqué par l’ellipse grise hachurée). A droite : Champ de vitesse de la galaxie : bleu indique la vitesse négative (côté en approche), et la vitesse rouge positif (côté en récession).

Une spécialité du pôle est également les simulations numériques lourdes, et l’équipe a participé à un très haut niveau dans le programme du projet HORIZON de formation des galaxies dans un contexte cosmologique. Des simulations toujours plus grandes et plus impressionnantes sont maintenant en cours avec les supercalculateurs au GENCI (Curie au CEA, IDRIS, CINES), et l’utilisation locale du méso-centre et le cluster local MOMENTUM, favorisant l’exploitation et le post-traitement des simulations plus lourdes sur les centres nationaux.

Figure 3 : La galaxie spirale barrée NGC 1433, cartographiée avec ALMA en CO(3-2). The trou noir central super-massif est un noyau actif (AGN), qui rejette du gaz moléculaire, et modère la formation d’étoiles.

Voir en ligne : Activités du groupe

Séminaires à venir

Vendredi 22 mars 2019, 14h00
Salle de l'atelier, Paris
New Planckian quantum phase of the Universe before Inflation: Its present day and Dark Energy implications
Sanchez, Norma
LERMA
résumé :
The physical history of the Universe is completed by including the quantum planckian and super-planckian phase before Inflation in the Standard Model of the Universe in agreement with observations. In the absence of a complete quantum theory of gravity, we start from quantum physics and its foundational milestone: the universal classical-quantum (or wave-particle) duality, which we extend to gravity and the Planck domain. A new quantum precursor phase of the Universe appears beyond the Planck scale. Relevant cosmological examples as the Cosmic Microwave Background, Inflation and Dark Energy have their precursors in this era. A whole unifying picture for the Universe epochs and their quantum precursors emerges with the cosmological constant as the vacuum energy, entropy and temperature of the Universe, clarifying the so called cosmological constant problem which once more in its rich history needed to be revised. The consequences for the deep universe surveys, and missions like Euclid will be outlined.
 
Vendredi 5 avril 2019, 14h00
Salle de l'atelier, Paris
The magnetized interstellar medium in the Galaxy through Faraday tomography of the radio sky
Andrea BRACCO
ENS
résumé :
The study of the diffuse Galactic interstellar medium (ISM) is both a
waypoint to investigate the processes that turn gas into stars and to
account for foreground contaminations in modern high-precision
cosmological probes of the Universe.

New structures in the diffuse ionized and magnetized ISM have been
recently observed through Faraday tomography of polarization data at low
radio frequencies. Although the physical origin of these structures
remains uncertain, interesting correlations with tracers of neutral ISM,
such as atomic hydrogen lines and interstellar dust polarization, have
been found. This opens an observational window on the first stages of
phase transition between diffuse/warm and denser/colder gas under the
presence of magnetic fields, allowing us to constrain their role in
structure formation in the ISM.

In my talk I will present an overview of the recent findings in the
diffuse Galactic ISM with the LOFAR radio polarization data. I will
highlight the relevance of a thorough statistical description of these
data both for Galactic studies and for modeling their impact as a
foreground to the detection of the atomic hydrogen 21cm hyperfine
transition from the Epoch of Reionization, a key step with the upcoming
Square Kilometre Array (SKA).
 
Vendredi 12 avril 2019, 14h00
Salle de l'atelier, Paris
Radiation magnetohydrodynamic models and spectral signatures of plasma flows accreting onto young stellar object
Salvatore COLOMBO
LERMA
résumé :
According to the largely accepted magnetospheric accretion scenario, classical T Tauri Stars (CTTSs) are young stars that accrete material from their circumstellar disk. The objective of my PhD project is to shed light on the processes governing the physics of the accreting plasma flows, through complete radiation magnetohydrodynamic models. In this talk, I will present the results obtained during my 18 month period in Paris.

First, I will focus on the results obtained from a 3D magnetohydrodynamical (MHD) model of a star-disk system. We simulate the effects of series of flares occurring on the surface of the disk. We observe that each flare produces a hot loops that links the star to the disk; all the loops build up a hot extended corona that irradiates the disk from above. Moreover, the flares trigger overpressure waves that travel through the disk and modify its configuration. Accretion funnels may be triggered by the flaring activity and thus contribute to the mass accretion rate of the star. The accretion columns can be perturbed by the flares. As a result, the streams are highly inhomogeneous, with a complex density structure, and clumped.

Second, I will provide the first assessment of the role of radiation effects on the dynamics and the structure of the impact region of the accreting column onto the stellar surface. In particular, we proved the existence of a radiative precursor in the pre-shock part of the accreting column. To achieve such a result, we have, for the first time, developed a Non Local Thermodynamic Equilibrium (non-LTE) radiation hydrodynamics model, which we implemented in the 3D MHD PLUTO code.”

 
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