Accrétion de matière inter-galactique et formation des étoiles : l'apport du 21 cm

par Antoine Marchal

Projet de thèse en Astronomie et Astrophysique

Sous la direction de Marc-Antoine Miville-deschenes.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Astronomie et Astrophysique d'Ile-de-France , en partenariat avec AIM - Astrophysique Instrumentation Modélisation (laboratoire) , Matière Interstellaire et Cosmologie (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    Les galaxies sont des systèmes ouverts. Le milieu inter-galactique et les halos des galaxies contiennent un gaz diffus qui tombe graduellement sur les galaxies. L'état de la matière dans le halo des galaxies soulèvent deux questions majeures. 1) Sous quelle forme sont les baryons manquants ? L'émission des étoiles et du gaz diffus ne révèle que 5% des baryons dans l'Univers. On croit que le reste est dans les halos des galaxies et dans le milieu inter-galactique. Sous quelle forme est-il ? Dans quel état tombe-t-il dans les galaxies ? 2) Quel est l'impact de la matière qui tombe dans les galaxies sur la formation des étoiles ? Lorsque le gaz tombe dans le puit de potentiel des galaxies, il interagit avec le gaz interstellaire du disque. Cet apport d'énergie et de matière perturbe la matière du disque et peut favoriser, ou non, la formation des étoiles. On sait que l'apport de matière du halo est ce qui permet à la formation d'étoiles de se maintenir. Sans cet apport, la formation d'étoiles de la Voie Lactée se serait arrêtée depuis longtemps. Étant donné notre difficulté actuelle à comprendre complètement le cycle de formation des étoiles dans les galaxies, et dans la Voie Lactée en particulier, il est important d'étudier l'impact dynamique de l'arrivée de cette matière sur celle du disque. Les données à 21 cm permettent de sonder la matière diffuse des galaxies de façon unique. La raie à 21 cm révèle le gaz atomique neutre et diffus, jusque très loin des régions de formation d'étoiles y compris dans le halo des galaxies. À l'aide de l'information en vitesse, les données de spectro-imagerie à 21 cm permettent en effet de cartographier le gaz à différente distance le long de la ligne de visée. L'objectif de la thèse est d'utiliser des données à 21 cm déjà disponibles pour étudier en détail les nuages du halo de la Voie Lactée. En fonction des intérêts de l'étudiant, il est aussi possible d'effectuer des simulations numériques permettant de comprendre plus en détail l'évolution dynamique de la matière, en particulier le rôle des instabilités dynamiques et thermique sur la formation de gaz dense et froid lors de l'interaction de la matière du halo avec celle du disque. Ce projet se place dans le cadre d'un groupe de travail international (Australie, États-Unis, Mexique, France) sur l'utilisation des observatoires à 21 cm, en particulier SKA et ses précurseurs, pour étudier la formation des structures dans les galaxies.

  • Titre traduit

    Accretion flow of intergalactic matter and star formation : the contribution of 21 cm


  • Résumé

    Galaxies are open systems. The inter-galactic medium and the halos of galaxies contains diffuse gaz falling onto their disk. The state in which matter is in the halos open two major questions. 1) In what form are the missing baryons ? Starlight and diffuse gas reveals only 5% of the baryons in the Universe. It is believe that the rest is in galaxy halos and in the inter-galactic medium. In which state is it and how is it transformed as it falls into galaxies. 2) What is the impact of this infalling matter on the star formation rate in galaxies ? As gas falls in the potential well of galaxies it interacts with the interstellar medium. This input of momentum modifies the energy balance of the disk and can favor, or suppress, the formation of stars. The infall of low metallicity gas from the inter-galactic medium is what sustains the star formation in the Milky Way, otherwise it would have stopped long ago. Given our difficulty in understanding the star formation cycle it is essential to understand the impact of this input of matter on the interstellar medium. 21 cm data allows to trace diffuse matter in galaxies in a unique way. The 21 cm line reveals the diffuse and neutral phase of the ISM, away from star formation regions and as far as the Galactic halo. Because these data provide velocity information, they allow to image the gaz at different location along the line of sight. The goal of this thesis is to use 21 cm data already available to study in details the clouds from the Milky Way halo. We will explore the possibility to compare the observations to dedicated numerical simulations in order to understand the details of the dynamical evolution of matter, in particular the respective role of dynamical and thermal instabilities in the formation of cold and dense structures. This project takes place in the context of an international collaboration (Autralia, USA, Mexico, France) dedicated to understand the formation of cold structures in the ISM, based on the use of current and future (SKA) 21 cm facilities.