Galaxies et Cosmologie

Publié le 8 juillet 2014 par Françoise Combes .

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

L’univers primordial : inflation, fonds cosmiques, réionisation
Matière noire : Froide, tiède ou gravité modifiée ?
Formation des galaxies : galaxies à grand redshift, évolution séculaire et fusions de galaxies
Trous noirs et galaxies : AGN, starbursts, croissance symbiotique et feedback
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.