Comprendre l'émergence des propriétés des galaxies grâce aux simulations numériques
Corentin Cadiou
Chargé de recherche CNRS
@cphyc.bsky.social
cphyc.github.io
Crédits : NASA & ESA
Galaxie Sombrero
M83
Galaxie “Pingouin”
Nuages de Magellan
Galaxie M87
Quels processus sont importants
pour former des galaxies diverses ?
En route pour la simulation : gravité
Erik Holmberg
Université de Lund, Suède
37 particules (!!)
En route pour la simulation : cosmologie
En route pour la simulation : cosmologie
Crédits : Collab. Planck
\(T \approx 3\,\mathrm{K}\approx-270\,\mathrm{°C}\)
\(T = 2.725\,5 \pm 0.000\,6\,\mathrm{K}\)
(\(\pm 0.02\%\))
Nous avons des conditions initiales
En route pour la simulation : cosmologie
Nous devons simuler un Univers en expansion
Nous avons des conditions initiales
Contenu énergétique de l'Univers
Nous devons simuler un Univers en expansion
Contenu énergétique de l'Univers
Contenu énergétique de l'Univers
Nous devons simuler un Univers en expansion
En route pour la simulation : hydrodynamique
Gravité + hydrodynamique + cosmologie
Note : taille de la Voie Lactée \(10^5\,\mathrm{ly}\)
Note : distance à la plus proche étoile : \(4\,\mathrm{ly}\)
Densité de gaz
Densité de gaz
Température
“Star formation”
“Feedback”
Toutes les bombes nucléaires testées\({}^*\) : \(2\times10^{18}\,\mathrm{J}\)
Une supernova : \(10^{44}\,\mathrm{J}\)
⇒ 50 million de milliard de milliard de fois plus
« boum »
Gaz froid et dense
\({}^*\) : ne pas essayer chez soi
Gravité + hydrodynamique + cosmologie + formation d'étoiles
Petit aparté :
Que se passe t'il quand on se trompe d'un facteur 10 sur l'énergie des supernovæ?
Si on transforme notre gaz en étoiles
Gaz
Étoiles
Galaxie du Moulinet, crédits HST
Il manque de la masse…
Crédits: Euclid/ESA
Lentille gravitationnelle
Crédits: Euclid/ESA
Trop de galaxies massives dans les observations
Crédits: Ingo Berg/Wikipedia
Tel que simulé
Observé
Courbe de rotation
Vera Rubin, 1963
Gravité + hydrodynamique + cosmologie + formation d'étoiles + matière noire
Crédits: Ingo Berg/Wikipedia
Sans matière noire
Observé / avec matière noire
Courbe de rotation
“Observations”
Crédits: Yohan Dubois / Horizon-AGN simulations
+ gaz
+ étoiles
Recette pour une bonne galaxie ?
Matière noire
Avec notre modèle
Étoiles autour du Sgr* / Crédits: ESO
Image du gaz avoisinant / EHT Collaboration
Jet radio / NASA, ESA
~ quelques minutes lumière
~100 heures lumière
~10 000 années lumière
~100 000 années lumière
Trou noir supermassif
Noyau actif de galaxie
Gravité + hydrodynamique + cosmologie + formation d'étoiles + matière noire + trous noirs supermassifs
Modèle « standard » de la formation des galaxies :
gravité + hydrodynamique + cosmologie + formation d'étoiles + matière noire + trous noirs supermassifs
Quelques problèmes restant :
- taille des galaxies (trop compactes ou trop étendues)
- origine et croissance des trous noirs supermassifs ?
- formation des premières étoiles ?
- galaxies qui se forment trop vite ?
- composition chimique des galaxies ?
- poussière ? rayons cosmiques ?
- [...]
Questions ?