DS10 - Défi des autres savoirs

Le cycle du gaz autour des galaxies : origine et conditions physiques des flots de gaz froid – LYRICS

LYRICS :  Gas Life CYcle around Galaxies : ORIgin and State of Cold Accretion Streams

Une preuve de l’influence d’un trou noir (AGN) sur les galaxies existe dans les galaxies centrales d’amas. De gigantesques cavités ont été détectées dans le gaz intra-amas le long des jets émis en radio. Ces jets repoussent le gaz chaud, créant les cavités Cet interaction produit d’énormes quantités d’énergie, capables de globalement réguler le refroidissement du gaz sur la galaxie, mais aussi de favoriser localement des zones de compression à l’origine des filaments observés dans ces objets.

Formation et evolution des galaxies : comprendre les mécanismes d'accrétion et d'éjection de masse dans les galaxies en présence d’un AGN

Le but de LYRICS est de caractériser et comprendre l’origine et la nature des filaments de gaz géants observés autour des galaxies centrales d’amas et de groupe. Déterminer le cycle de vie de ce gaz (expulsé, ré-accrété) et sa faculté à (re-)former des étoiles efficacement est une étape nécessaire pour identifier les mécanismes dominants qui dirigent la croissance et l’évolution des galaxies, en particulier le rôle de la rétro-action des AGNs parmi ces processus. <br />Nos objectifs initiaux se déclinent selon 3 Work Packages. WP1 : Etalonnage et analyse de données mugi-longueur d'ondes de galaxies centrales d’amas et de groupe (MUSE, ALMA). WP2 : la mise en place des outils de modélisation physico-chimique des propriétés de ces filaments pour caractériser les processus dominants (photo-ionisation par la formation d'étoile, chocs, Cosmic Rays...). WP3 : le développement de simulations numériques hydrodynamiques propres à ces objets particuliers et adaptées aux questions relatives au gaz moléculaire. Comment former ces immenses filaments de gaz froid reste une question ouverte.

Les méthodes que l'on utilisent impliquent l'utilisation d'instruments d'observation parmi les plus compétitifs (ALMA, VLT/MUSE) qui donnent des résultats exceptionnels et nouveaux. Nous utilisons aussi une importante infrastructure de calcul et de stockage pour les données de simulation et de modélisation.

- Traitement massif de données
- Production de grilles de modèles avec de nombreux paramètres de sortie
- Adaptation et execution du code de simulation numérique

Nous travaillons en équipe, par petits groupes de 2-3 personnes et avec des réunions régulières (hebdomadaires) impliquant la quasi-totalité du groupe.

Nous essayons de garder un bon équilibre entre avancées nouvelles et significatives vs efficacité de publication des résultats.

WP1 : Etalonnage de toutes les nouvelles données ALMA (3 sources). Extraction de l’archive ALMA de 13 nouvelles sources. Toutes les sources possèdent des filaments plus ou moins étendus. Le travail d’analyse, de comparaison avec les d’autres traceurs (MUSE pour le gaz ionisé) et l’interprétation est terminé et publié (Olivares et al., 2019).
WP2 : Nous avons produit de nombreuses grilles de modèles avec CLOUDY pour couvrir les conditions d’excitation typiques du milieu dans les filaments. Nous avons reproduit les résultats des dernières études à l’état de l’art. Les grilles de modèles sont terminées pour deux cas (i) X-rays et (ii) Cosmic rays. Deux publications sont en préparation (Polles et al., a,b).
WP3 Nous avons implémenté plusieurs nouvelles fonctionnalités dans le code Ramses : (i) Diffusion des Rayons cosmiques et leur accélération (ii) évolution de la poussière (iii) stabilisation du trou noir (iv) re-distribution des cellules à haute-résolution. Le code est prêt. Les premiers résultats ont été publiés (Beckmann et al., 2019) et discutent la formation des filaments par instabilité thermique.

WP1 : Après avoir analysé les données ALMA / MUSE pour les filaments autour de galaxies centrales d'amas, nous nous focalisons maintenant sur les galaxies centrales de groupe. Nous avons fini l'étalonnage des données MUSE et l'analyse est en cours. Nous avons effectué de nouvelles demandes de temps pour des observations complémentaires.
WP2 : La publication des résultats issus des grilles de modèles actuelles est en cours. Nous envisageons par la suite de proposer un scenario combinant différentes phases du gaz. Par ailleurs, les résultats des grilles de chocs sont prêts. L’ensemble de ces modèles nous permettra de préparer les meilleures stratégies d'observations (discriminantes) et d'identifier les mécanismes dominants l'excitation du gaz dans les filaments. Ceci est capital, en particulier pour préparer les observations avec le JWST. (voir WP1).
WP 3 : La prochaine étape est de tester de façon plus exhaustive l’influence (dans la simulation actuelle) de certains paramètres sur le refroidissement du gaz et sur le taux de formation stellaire. Nous avons également préparé de nouvelles simulations incluant le champ magnétique, la conduction anisotropique et les rayons cosmiques. Nous comptons étudier l’impact de ces nouveaux ingrédients en comparant les résultats issus des deux simulations.

Beckmann, R. S. et al., 2019 2019arXiv190901329B
Olivares et al., 20192019arXiv190209164O
Hamer et al., 2019, 2019MNRAS.483.4984H
Dubois, Y. et al., 2019, 2019arXiv190704300D
Godard, B. Et al., 2019, 2019A&A...622A.100G
Russel et al., 2019, 2019arXiv190209227R
Salome, Q. et al., 2019, 2019A&A...627A...6S
Castignani et al., 2019, 2019A&A...623A..48C
Rose, T. et al., 2019, 2019MNRAS.489..349R
Rose, T. et al., 2019 2019MNRAS.485..229R
Vantyghem et al., 2019, 2019ApJ...870...57V
Beckmann et al., 2018, 2018MNRAS.478..995B
Castignani et al., 2018, 2018A&A...617A.103C
O’Sullivan et al., 2018, 2018A&A...618A.126O
Tremblay et al., 2018, 2018ApJ...863..193V
Tremblay et al., 2018, 2018ApJ...865...13T
Pulido et al., 2018, 2018ApJ...853..177P
Vantyghem et al., 2017, 2017ApJ...848..101V
Russell et al., 2017, 2017MNRAS.472.4024R
Salome, Q. et al., 2017, 2017A&A...608A..98S

Les galaxies croissent par accrétion de matière le long des filaments cosmiques. Mais ces galaxies deviendraient trop massives s'il elle n'abritait pas un trou noir super massif en leur coeur. Lorsque ces noyaux sont actifs, ils sont capables d'injecter de l'énergie et de la matière en retour dans le milieu intergalactique. Les détails d'un tel mécanisme de rétroaction sont cependant encore mystérieux. Les galaxies géantes aux centres des amas (BCGs) sont un exemple unique d'interaction entre le trou noir et le gaz intergalactique. Le but de LYRICS est de comprendre le cycle de vie du gaz en présence d'un tel noyau actif (AGN). Le moyen de procéder est d'étudier et de comprendre les mécanismes de formation et les propriétés des réseaux de filaments entourant localement ces galaxies . LYRICS repose sur i) de grands ensembles de données et d'observations d'archives déjà acquises ( MUSE , ALMA , NOEMA ) ii) la mise en œuvre de modèles physiques d'excitation de gaz adaptés aux conditions dans les amas de galaxies et iii) des simulations hydrodynamiques incluant la rétro-action de l'AGN déjà en partie implémentés. Organisé autour d'une équipe très complémentaire, LYRICS fournira pour la première fois une histoire complète des processus de formation du reservoir de gaz froid disponible pour alimenter la formation stellaire et une image précise des conditions physique de ce gaz lors de sa circulation autour des BCGs.

Coordinateur du projet

Monsieur Philippe SALOME (Laboratoire d'Etudes du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IAP Institut d'Astrophysique de Paris
LERMA Laboratoire d'Etudes du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères

Aide de l'ANR 408 616 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2016 - 48 Mois

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