Projet ANR-13-BS05-0005 – spin(e) : L’origine cosmique de la  séquence de Hubble
Programme : Blanc - SIMI 5 - Physique subatomique et théories associées, astrophysique, astronomie et planétologie (Blanc SIMI 5) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Christophe PICHON (Institut d'Astrophysique de Paris)
Partenaires : Institut d'Astrophysique de Paris; Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
Montant : 492681.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : La morphologie des galaxies dans leur environnement est maintenant observable jusqu’à z=2 voire au delà. Contrairement aux galaxies proches, les galaxies à haut z apparaissent très différentes de la séquence de Hubble actuelle. Grâce à un paradigme cosmologique bien établi de formation des structures, les conditions aux limites pour la formation des galaxies sont bien définies, et les simulations actuelles, fondées sur ce paradigme, ont aussi établi une connexion étroite entre la géométrie des structures à grande échelle de la matière et l’évolution des propriétés physiques des galaxies.
Certaines questions restent néanmoins sans réponse satisfaisante. Quels sont les acteurs principaux responsables de la morphologie des galaxies, de l’apparition de la séquence de Hubble, et de son évolution? Quel rôle l’acquisition du moment angulaire joue-t-il? Peut-on comprendre le «cycle des baryons» en étudiant l’évolution anisotrope de l’IGM et des galaxies simultanément? L’existence de ces courants froids est un sujet de débat théorique que peu d’observations cautionnent. Notre projet vise à combler cette lacune: théoriciens et observateurs travailleront ensemble pour essayer de démontrer leur existence et de comprendre en détail leur impact sur la structure interne des galaxies.
Ces dernières années, nous avons développé une série d’algorithmes novateurs s’appuyant sur les progrès récents en topologie et en géométrie numérique, qui permettent de suivre la trace des filaments jusqu’au cœur des galaxies. Le squelette persistant peut maintenant être appliqué à de grands catalogues de sources discrètes bruitées tels que le SDSS, VIPERS, ou aux futur relevés comme e-BOSS. Parallèlement nous avons développé la théorie correspondante. L’association des sondages observationnels, de simulations et outils d’extraction de pointe devrait donc nous permettre de contraindre statistiquement l’environnement anisotrope des galaxies simulées et observées (géométrie, connectivité et dynamique d’accrétion) dans le but d’expliquer la séquence de Hubble.
Nous avons par ailleurs récemment proposé un nouveau paradigme pour l’acquisition du moment angulaire des disques via les flux filamentaires. Comparé au paradigme de formation standard, nos prédictions suggèrent une relation plus étroite entre la géométrie 3D et la dynamique de la toile cosmique ainsi que les propriétés des galaxies qui s’y trouvent piégées. L’environnement gravitationnel asymétrique éjecte du gaz en provenance des vides locaux vers les filaments mitoyens, jusqu’à ce que les courants froids soient absorbés par la galaxie centrale, advectant leur moment angulaire fraîchement acquis. La morphologie de la galaxie semble alors déterminée par la distribution résultante nette de ce moment : l’évolution de la séquence de Hubble dépend donc de la géométrie de la toile cosmique. Réciproquement, la distribution des propriétés galactiques mesurées relativement aux propriétés locales de la toile cosmique devrait refléter ce processus. 
Notre but est donc d’explorer en détail l’impact de ces propositions sur la genèse de la séquence de Hubble. Pour cela, nous proposons d’automatiser l’extraction des squelettes et des paramètres morphologiques des galaxies des catalogues simulés et observés. Nous interprèterons l’évolution des galaxies dans le cadre de la structure anisotropique 3D complexe du réseau cosmique, et vérifierons que les flux filamentaires alimentent bien le moment angulaire des disques galactiques. Nous souhaitons également évaluer les rôles respectifs, en fonction du temps, du taux de fusions et des interactions galactiques, de l’évolution séculaire causée par les instabilités, de la rétroaction stellaire, des vents, de l’activités nucléaire et de la rétroaction des NAGs. Nous utiliserons pour cela des simulations cosmologiques de pointe, des à-prioris théoriques et des sondages réels pour démêler les effets relatifs de toutes ces influences, et comprendre l’origine de la séquence de Hubble.