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 21 septembre 2018, 14h00
Salle de l'atelier, Paris
Understanding the structure of molecular clouds: Multi-line wide-field imaging of Orion B
Jan ORKISZ
Iram
résumé :
The new generation of wide-bandwidth high-resolution receivers turns
almost any radio observation into a spectral survey. In the case of
wide-field imaging of the interstellar medium, such a wealth of data
provides new diagnostic tools, but also poses new challenges in terms of
data processing and analysis.

The ORION-B project aims at observing 5 square degrees of the Orion B
molecular cloud, or about half of the cloud's surface, over the entire
3mm band. The emission of tens of molecular tracers have been mapped,
including CO isotopologues, HCO+, CN, HNC, N2H+, methanol, SO, CN...
Machine learning techniques have been applied to these maps, in order to
segment the molecular cloud into typical regions based on their
molecular emission, and to idenfify the most meaningful correlations of
different molecular tracers with each other and with physical quantities
such as density or dust temperature.

The spatial coverage, together with the spatial and spectral resolution,
also allow to characterize statistically the kinematics and dynamics of
the gas. The amount of momentum in the compressive and solenoidal
(rotational) modes of turbulence are retrieved, showing that the cloud
is dominated by solenoidal motions, with the compressive modes being
concentrated in two star-forming regions - which is in line with the
overall very low star formation efficiency of the cloud, and highlights
the role of compressive forcing in the star formation process. The
filamentary network of the molecular cloud also proves to have
particluarly low densities, and is very stable against gravitational
collapse and fragmentation, which also points at a young evolutionary
stage of the filaments.
 
Vendredi 28 septembre 2018, 14h00
Salle de l'atelier, Paris
The [CII] emission line as a molecular gas mass tracer in galaxies at low and high redshift
Anita ZANELLA
ESO
résumé :
So far the gas conditions in main-sequence galaxies at the peak of the cosmic star formation history have been mainly investigated through the CO emission lines. However, observing the CO transitions at higher redshift becomes challenging, since the lines luminosity weakens as metallicity decreases. A powerful alternative could be the [CII] emission at 158um instead: it is one of the brightest lines in the far IR regime observed in star-forming galaxies and it is the main coolant of the interstellar medium. Local studies show that the [CII] luminosity correlates with the galaxy star formation rate (SFR), although main-sequence sources and starbursts seem to have different behaviours. At higher redshift the picture is even less clear and only samples of starbursts have been analyzed so far. To remedy this situation we have observed with ALMA a sample of 10 main-sequence sources at z ~ 2 and we complemented our sample with literature data at lower and higher redshift. We found that the [CII] luminosity correlates with galaxies' molecular gas mass, independently of their depletion time, metallicity, and redshift. This lays foundations for future explorations of the interstellar medium of starbursts and galaxies at much higher redshift (z > 4).

 
Vendredi 5 octobre 2018, 14h00
Salle de l'atelier, Paris
Astrochemistry in star forming regions : new modeling approaches
Emeric BRON
IRAM/LERMA
résumé :
Star-forming regions present rich infrared and millimeter spectra emitted by the gas exposed to the feedback of young stars. This emission is increasingly used to study the star formation cycle in other galaxies, but results from a complex interplay of physical and chemical processes : chemistry in the gas and on grain surfaces, (de)excitation processes of the atoms and molecules, heating and cooling balance,... Its understanding thus requires detailed astrochemical models that include the couplings between these processes. In this talk, I will present several examples where new modeling approaches of specific processes and their couplings proved crucial to solve persistent observational riddles : from the driving role of UV irradiation in the dynamics of photodissociation regions (PDR) to the efficient reformation of molecular hydrogen in these regions.
 
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