Projet ANR-15-CE31-0007 – MOD4Gaia : Modélisation de la Voie Lactée à l'epoque de Gaia
Programme : Défi de tous les savoirs (DS10) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Madame Paola Di Matteo (Galaxies Etoiles Physique Instrumentation)
Montant : 212160.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 48 mois
Résumé : La recherche galactique rentre dans une époque passionnante. Notre connaissance des populations stellaires, confinée jusqu’à il y a quelques années à des étoiles du voisinage solaire, s’étend rapidement à de vastes régions du disque et bulbe de notre Galaxie. Les grands relevés spectroscopiques acquièrent une quantité de données sans précédent, avec vitesses radiales et composition chimique de centaines de milliers d’étoiles, des régions internes à la périphérie du disque. Cette cartographie unique acquerra tout son potentiel avec la publication des données de Gaia, mission astrométrique européenne, qui fournira les positions et mouvements propres pour 1 milliard d'objets, et des vitesses radiales pour environ un dixième d'entre eux. Sans attendre le catalogue final, avec la deuxième version du catalogue (début de 2017), la solution astrométrique pour la plupart des objets sera rendu publique, avec les vitesses radiales pour une dizaine de millions étoiles. D’ici moins de deux ans, nous pourrons donc reconstituer les orbites de plusieurs millions d'étoiles dans la Galaxie, d'avoir les abondances chimiques détaillées pour quelques centaines de milliers et les âges pour plusieurs milliers. L’analyse de cette énorme quantité de données nécessitera des outils efficaces, mais aussi de modèles sophistiqués d’interprétation. Nous sommes intéressés à répondre à certaines des questions les plus simples, mais encore sans réponse: Quelles sont les caractéristiques des différentes populations stellaires de la Galaxie? Comment ont-elles été façonnées au cours du temps? Quel est le lien évolutif entre elles? Lesquelles sont le résultat de la formation des étoiles in situ ou plutôt de structures accrétés? 
L'originalité de notre approche consiste à tenter de répondre à ces questions en utilisant des méthodes numériques différentes et complémentaires, que nous avons développé dans les dernières années et qui sont habituellement utilisés indépendamment les unes des autres: particules-test, reconstruction d'orbites, évolution chimique, simulations N-corps. Des méthodes de particule-test, où le mouvement de "particules de test" est intégré dans un potentiel gravitationnel constitué de deux disques stellaires mince et épais, d’un bulbe, d’une barre en rotation, et d’un halo de matière noire, nous attendons des informations sur le niveau de complexité de la Galaxie. Peut-on la décrire aujourd'hui "simplement" comme une galaxie à disque, produit d’une évolution séculaire des derniers 8-9 Gyr, sous l'effet des asymétries stellaires et de ses principales résonances? Les premières comparaisons nous montreront-elles une complexité que ces modèles simples ne sont pas capables de reproduire? Dans ce cas, la reconstruction des orbites devrait nous aider à comprendre l'origine de cette complexité en quantifiant le niveau de discontinuité dans les propriétés orbitales des différentes populations stellaires galactiques. Les modèles d'évolution chimique renforceront également notre compréhension, en fournissant les relations âge-chimie-cinématique, en identifiant les différentes structures chimiques et leur possibles origines, in situ ou ex-situ; l'histoire de la formation des étoiles de la Galaxie, et la masse des différentes populations stellaires. Tous ces ingrédients permettront de mettre au point de nouvelles simulations N-corps, qui prendront en compte les processus dissipatifs et l'enrichissement chimique détaillés. Avec ces nouvelles simulations, nous visons à reconstruire les chemins évolutifs possibles pour la Galaxie dans les derniers 8-9 Gyr, décrivant les liens chimiques et dynamiques entre le disque interne, la barre et le bulbe, et permettant d’explorer l'histoire de l'accrétion de la Galaxie. Chacune de ces méthodes, séparément, permet de reconstituer une partie du puzzle des processus chimiques et dynamiques rencontrés par la Voie Lactée. Tous, ensemble, devraient nous permettre de construire une  image cohérente et robuste de son évolution.