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 28 juin 2019, 14h00
Salle de l'atelier, Paris
Is accretion-driven turbulence a key process for galaxy growth ?
Pierre GUILLARD
IAP
résumé :
Spitzer and Herschel infrared spectroscopy has revealed a population of nearby galaxies with weak star formation and unusually bright emission lines (e.g. [CII], H2), with very broad linewidths. The line luminosities are greatly in excess of that expected by photoelectric heating of the gas, suggesting that they are powered by the dissipation of turbulent kinetic energy. This discovery of large masses of gas not associated with star formation reveal the potentially important, but largely unexplored, role that turbulence plays in the energetics and formation of multiphase gas on galactic scales. Is this relevant for filamentary gas accretion onto halos of galaxies? I will discuss a toy model in which some of the gravitational potential energy is transferred into gas accretion streams as they penetrate deeper into halos of young galaxies, and part of that energy is dissipated through a turbulent cascade in the warm infalling gas. We have modeled the excitation of the [CII] line as gas is cooling isobarically during its transition from the warm ionized to cold neutral medium. We find that the contribution of [CII] to the total gas cooling rate is increased to 30% and that this [CII] luminosity fraction is largely independent of metallicity. This may explain the recent ALMA detections of [CII] line emission from very high-redshift galaxies, that is not co-spatial with their UV-continuum and have ratios of [CII] to infrared luminosity that are higher than that expected from star formation.
 
Vendredi 5 juillet 2019, 14h00
Salle de l'atelier, Paris
Distributions of shock waves: probing extra-galactic turbulence
Andrew LEHMANN
ENS
résumé :
Galactic super-winds driven by stars or supermassive black holes are an important feedback mechanism impacting the formation and evolution of galaxies as well as the enrichment of the intergalactic medium. These multiphase winds are observed at velocities (~1000 km/s) that would completely destroy molecules and ionise atoms if their energy dissipated in simple large scale shocks. An emerging picture instead considers a turbulent cascade mediating the transfer of energy from the large scale to the small, dissipating in myriad lower velocity shocks.

In this context I will present my work on low and intermediate velocity (2-50 km/s) molecular shocks. At low velocities in the dense interstellar medium, the rich complexity of magnetohydrodynamics allows for different kinds of shocks at speeds around the Alfven velocity. Counter intuitively, warm J-type shocks re-emerge at very low velocities which may be important for molecule production in turbulent molecular clouds. At higher velocities, shocks are hot enough to produce significant UV radiation that propagates ahead of the shock to generate a radiative precursor. Such a shock requires a careful treatment of the radiative transfer, and a self-consistent iterative method. I will present my implementation of such methods in the Paris-Durham shock code.
 
Vendredi 20 septembre 2019, 14h00
----------, Paris
Challenging a Newtonian prediction through Gaia wide binaries
Xavier HERNANDEZ
UNAM, Mexico
résumé :
Under Newtonian dynamics, the relative motion of the components of a binary star should follow a Keplerian scaling with separation. Once orientation effects and a distribution of ellipticities are accounted for, dynamical evolution can be modelled to include the effects of Galactic tides and stellar mass perturbers. This furnishes a prediction for the relative velocity between the components of a binary and their projected separation. After reviewing recent work evidencing the existence of a critical acceleration scale in Elliptical Galaxies and Globular Clusters, I will show new results showing such a phenomenology in Gaia wide binaries using the latest and most accurate astrometry available. The results are consistent with the Newtonian prediction for projected separations below 7000 AU, but inconsistent with it at larger separations, where accelerations are expected to be lower than the critical a0 value of MONDian gravity. This result challenges Newtonian gravity at low accelerations and shows clearly the appearance of gravitational anomalies of the type usually attributed to dark matter at galactic scales, now at much smaller stellar scales.


 
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