Comprendre le rôle des écoulements de gaz autour des galaxies grâce à une confrontation entre observations 3D et simulations numériques – 3DGASFLOWS

A l’ère de la cosmologie de précision, les astrophysiciens ont encore besoin d’améliorer leur compréhension de plusieurs phénomènes fondamentaux tels que, d’une part, la manière dont le gaz inter-galactique alimente les galaxies, et d’autre part, comment l’effet cumulé des supernovae sont capables d’éjecter de la matière en dehors des galaxies et de polluer à leur tour le milieu inter-galactique en éléments lourds. Concernant l’apport continu de gaz dans les galaxies, s’il y a très peu de preuves « directes » de ce phénomène, il semble qu’il soit inévitable pour expliquer, entre autres, le niveau de production d’étoiles observé dans les galaxies à différentes époques de l’Univers. L’éjection de gaz, quant à elle, est observée directement dans de nombreuses galaxies mais ce phénomène est encore très mal contraint malgré plusieurs dizaines d’années de recherche dans ce domaine.
Notre méconnaissance des écoulements de gaz autour des galaxies a un impact important sur notre compréhension des phénomènes à l’oeuvre dans la croissance des galaxies, et limite considérablement la précisions des simulations numériques censées reproduire la formation et l’évolution des galaxies au cours du temps cosmique. Ce projet ANR a pour ambition de pallier à ce manque criant, en plaçant des contraintes « directes » sur les processus d’accrétion et d’éjection de gaz dans les galaxies. Nous proposons quatre fronts de recherche pour attaquer ces problématiques: (i) le premier utilise une technique d’observation innovante où on sonde le gaz autour de galaxies qui sont proches de la ligne de visée de quasars; (ii) le second permettra de cartographier directement les vents galactiques « en émission » grâce à la spectrographie 3D, et l'instrument MUSE augmenté du nouveau système d'optique adaptative, qui nous permettra de caractériser le gaz éjecté dans des milliers de galaxies à différentes époques de l’Univers; (iii) le troisième s’intéressera aux propriétés globales des galaxies, comme leur métallicité et leur contenu en gaz; (iv) et finalement nous améliorerons notre compréhension « théorique » de ces phénomènes grâce à des simulations numériques de pointe et de nouveaux modèles de transfert radiatif.
Notre programme de recherche regroupe les observateurs et theoriciens francais, ce qui renforcera donc ces collaborations transverses, et est organisé, principalement, autour de quatre lots de travaux (WP), correspondants à nos quatre fronts de recherche. WP1 sera focalisé sur l’analyse de la centaine de paires galaxie-quasar observées grâce aux instruments MUSE et UVES au VLT. WP2 sera centré sur l’étude des vents « en émission », en utilisant le gaz ionisé et l’émission fluorescente, dans des champs profonds. De nouvelles simulations numériques seront développées quant à elles au sein des lots de travaux WP4 & WP5. Deux lots de travaux supplémentaires seront dédiés au management du projet (WP0) et à la diffusion des résultats (WP6). Les ressources nécessaires pour mener ce projet à terme sont: un support de 3 ans pour un postdoc essentiel pour les WP1 & WP2, un postdoc de 3 ans pour exploiter les simulations du WP4 & WP5. Ce projet ouvrira la voie à l’exploitation scientifique des futurs grands observatoires européens tel que l’E-ELT ou Athena. Etant donné l’investissement financier et humain important de la France pour l'instrument MUSE, ce projet permettra de rester en position de leadership et garantira un retour scientifique à la hauteur de nos investissements. Le coût total estimé s’élève à 460 kEur sur 4 ans (2018-21). Une fois terminé, le programme « 3DGasFlows » apportera une avancée majeure sur les phénomènes complexes qui régulent la croissance des galaxies.