Modélisation spectroscopique galaxies extrêmement pauvres en métaux: comprendre la nature et le rôle des mécanismes de rétroactions à partir des signatures du milieu interstellaire – speXion

De nombreuses questions fondamentales en astrophysique dépendent de notre connaissance des galaxies de faible masse, qui constituent le type le plus répandu dans l'Univers. Les galaxies naines à formation d'étoiles doivent jouer un rôle important dans la réionisation cosmique et leurs analogues dans l'Univers proche incluent les galaxies les plus primitives (extrêmement pauvres en métaux) connues à ce jour, fournissant des laboratoires inespérés pour sonder les mécanismes de rétroaction - y compris d'objets compacts - et la formation d'étoiles dans des environnements qui peuvent ressembler à ceux des galaxies jeunes.

Pour comprendre la formation d'étoiles dans ces environnements, il est crucial de connaître les mécanismes de rétroaction qui régulent la capacité du gaz à se refroidir, à se fragmenter et à s'effondrer. Or, le couplage entre les sources énergétiques et le milieu interstellaire (MIS) produit une multitude de traceurs qui peuvent être interprétés grâce à des diagnostics empiriques ou à des modèles complexes qui décrivent la distribution complexe de la matière et des sources énergétiques, y compris à partir d'observations intégrées non résolues spatialement.

Parmi les divers mécanismes énergétiques, l'ionisation et le chauffage par des sources ultralumineuses en rayons X sont particulièrement efficaces dans le MIS relativement "transparent" des galaxies primitives. Les futures observations profondes en rayons X seront difficiles, mais les observations existantes des galaxies proches n'ont pas encore été exploitées de manière exhaustive, en incluant les contreparties radio ainsi que l'absorption dans le MIS et les nombreuses signatures correspondantes. La majeure partie de l'émission de rayons X mous, qui contient des informations précieuses sur la nature et les propriétés des objets compacts, est en effet absorbée par le MIS, dont l'émission fournit un moyen indirect de recouvrer les propriétés des sources X. Il est ainsi possible d'examiner les propriétés des objets compacts dans les relevés actuels et futurs pour lesquels aucune mesure de rayons X et/ou de radio ne sont/seront disponibles, y compris les galaxies jeunes avec le télescope James Webb (JWST).

Nous proposons d'assembler une base de données complète des signatures du MIS dans les galaxies les plus pauvres en métaux de l'Univers proche afin d'examiner les propriétés du MIS ainsi que la nature et l'influence des sources énergétiques qui ont un impact sur la formation d'étoiles, l'ionisation et le chauffage du milieu interstellaire et intergalactique, et plus généralement l'évolution des galaxies.

Des observations multi-longueur d'onde, des modèles puissants du MIS et des outils statistiques sont les trois piliers de notre projet. Les signatures des sources énergétiques se trouvent dans différents domaines de longueur d'onde, et nous avons à notre disposition plusieurs programmes d'observations. Les modèles sont quant à eux essentiels pour déduire le champ de rayonnement X intrinsèque et pour considérer des géométries du MIS réalistes. Notre projet établira une nouvelle référence méthodologique et observationnelle pour les futures observations JWST de galaxies primitives, que nous ingérerons mais aussi proposerons pendant la durée du projet. De plus, nous fournirons à terme une méthode qui pourra être utilisée avec les observations du JWST à grand redshift. Globalement, notre projet offre une nouvelle perspective sur l'importance des galaxies primitives dans le contexte de la réionisation de l'Univers et de la formation des premières étoiles en utilisant des galaxies proches comme laboratoires, pour aborder les questions fondamentales suivantes: Quelle est la population des sources de rayons X dans les galaxies primtives? Quels sont les principaux mécanismes de rétroaction qui affectent la formation d'étoiles dans de tels environnements? Les galaxies primitives sont-elles responsables de la réionisation cosmique?