5th Summer School Galaxy Formation and Evolution in a Cosmological Context

emeric bron — 2024-05-24T16:56:36Z

Résumé

L'école d'été “Galaxy formation and evolution in a cosmological context” est une formation doctorale de 42 heures sur 7 jours (7 cours de 6 heures chacun en moyenne enseigné par 8 intervenants) avec une approche qui combine théorie et observations.
L'École a commencé au Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM) en 2013 et est actuellement co-portée par Andrea Cattaneo de l'Observatoire de Paris et Sandro Tacchella du Kavli Institute for Cosmology Cambridge (KICC). L'École s'est déjà tenue 4 fois, d'abord au LAM en 2013 et 2014, puis à la Fondation AKSS (Spetses, Grèce) en 2017 et 2019. Depuis 2013, elle a formé 108 doctorants issus de 22 pays différents. La 5ème édition de l'École se tiendra de nouveau à l'AKSS (16-23 juin 2024).

L'école d'été “Galaxy formation and evolution in a cosmological context” est issue du constat de l'écart considérable entre les connaissances acquises en master et celles nécessaires pour démarrer un projet autonome de recherche. L'école avait été organisée pour la première fois en 2013 au Laboratoire d'Astrophysique de Marseille par Olivier Le Fèvre, Véronique Buat, Philippe Amram et moi même, Andrea Cattaneo, avec une équipe enseignante majoritairement issue du laboratoire. Julien Devriendt (University of Oxford) était le seul intervenant extérieur. Initialemenent prévue pour se tenir chaque année, l'école a eu lieu de nouveau en 2014 toujours au Laboratoire d'Astrophysique de Marseille. Puis on s'est rendu compte que les effectifs ne permettaient pas de continuer à la proposer tous les ans et que tous les deux ans était la fréquence optimale.
En 2017 et 2019, l'école a repris à Spetses en Grèce avec trois nouveaux intervenants (Andrea Ferrara de la Scuola Normale Superiore de Pise, Olga Cucciati de l'INAF de Bologne et Gary Mamon de l'Institut d'Astrophysique de Paris) à côté des enseignants fondateurs Olivier Le Fèvre et Samuel Boissier du Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, Julien Devriendt d'Oxford et moi même, et a attiré un public plus largement international. Entre 2013 et 2019, l'école a formé 108 doctorants issus d'universités de 22 pays différents, majoritairement européens, mais aussi des Etats-Unis, du Canada, du Liban, de la Chine, de laCorée, du Japon et de l'Australie. Les pays les plus représentés ont été la France (29/108), l'Allemagne (17/108), l'Italie (14/108) et le Royaume Uni (10/108).
Après une pause durant la crise sanitaire, un nouveau partenaire à haute visibilité internationale, Sandro Tacchella du Kavli Institute for Cosmology Cambridge (KICC), a manifesté son intérêt pour co-porter l'organisation de l'école, qui est maintenant organisée en partenariat par l'Observatoire de Paris et l'Université de Cambridge.
La cinquième édition de l'école se tiendra entre le 16 et le 23 juin 2024. Annoncée le 7 décembre 2023 (https://galaxyformationschool2024.obspm.fr), la date limite pour les inscriptions est le 12 avril 2024.

L'école est organisée autour de sept cours qui couvrent les principaux aspects de la formation des galaxies en cosmologie. Les galaxies se forment par effondrement de gaz dans des halos de matière noire formé par l'instabilité gravitationnelle de fluctuations primordiales de densité.
Le cours de Andrea Cattaneo (Models of galaxy formation in a cosmological context) ouvre l'école en introduisant le contexte cosmologique : l'instabilité et le collapse gravitationnel de fluctuations de densité, le spectre des fluctuations primordiales et la fonction de masse des halos de matière noire qui en suit. On verra comment les arbres de fusion peuvent être utilisés pour décrire la croissance hierarchique des halos de matière noire et comment on peut utiliser des modèles semi-analytiques pour suivre l'évolution des baryons dans ces halos.
Le cours de Julien Devriendt et Adrianne Slyz (The formation of galaxies in cosmological simulations) développe les mêmes thématiques du point de vue des simulations. Le cours explique comment on peut générer des conditions initiales cosmologiques et les méthodes numériques pour suivre l'évolution des conditions initiales dans un univers de matière noire pure (simulations à N-corps) ou bien en présence de matière baryonique (simulations hydrodynamiques). Le cours mettra l'accent sur les difficultés dérivant des processus physiques que les simulations ne peuvent pas résoudre, sur les défis auxquels les simulations sont confrontées aussi bien que sur les résultats récentes les plus marquants.
Le cours de Sandro Tacchella (Galaxy formation and evolution in deep surveys) présente une approche beaucoup liée à l'observation, qui part des sondages profonds pour caractériser la croissance en masse des galaxies au cours du temps cosmique. L'objectif de cette approche est la découverte et la caractérisation des premières galaxies, qui sont les ancêtres de la population actuelle.
Le cours de Avishai Dekel (Galaxy formation at high redshift) se concentre sur les aspects théoriques de la formation des galaxies. Comment des galaxies aussi massives que celles que l'on observe aux plus grands décalages spectraux (avec JWST) ont pu se former dans un temps aussi court ?
Le cours de Andrea Ferrara (The first stars and cosmic reionisation) fait le lien entre les cours de Andrea Cattaneo et Avishai Dekel. Il part des halos de matière et discute comment le gaz a pu s'effondrer au centre des halos de matière noire pour former les premières galaxies et, dans les premières galaxies, les premières étoiles, qui se forment dans un milieu interstellaire qui n'a pas encore été pollué par les explosions de supernovas issues de génération stellaires précédentes. Le cours discutera l'impact de l'absence des métaux sur la formation des premières étoiles et l'impact des premières étoiles sur la réionisation de l'Univers.
Les galaxies ne se limitent à recevoir du gaz du milieu intergalactique par effondrement gravitationnel. Elles peuvent aussi expulser du gaz par des vents galactiques. Le cours de Claudia Cicone (Galactic winds) prend en examen les méthodes pour l'observation des vents galactiques, les mécanismes physiques susceptible d'expliquer leur origine, et la litterature sur le sujet, qui est devenue une vraie jungle, de laquelle il est parfois difficile de sortir les résultat les plus robustes.
La croissance hierarchique des halos de matière amène à la formation de halos massifs dans lesquels on peut observer des dizaines, centaines et parfois milliers de galaxies. Ce sont les groupes et les amas de galaxies. Le cours de Gary Mamon (Groups and clusters of galaxies, and their effects on galaxies) discute les méthodes pour extraire des quantités physiques (notamment la distribution de masse) des observations de groupes et amas de galaxies, aussi bien que les effets d'environnement de groupe ou amas du sur l'évolution des galaxies (marées, pression dynamique du milieu intra-amas, taux de fusions).

Programme scientifique préliminaire

COURS ET ORATEURS
Models of galaxy formation in a cosmological context (Andrea Cattaneo, Observatoire de Paris)
The formation of galaxies in cosmological simulations (Julien Devriendt/Adrianne Slyz, University of Oxford) Galaxy formation and evolution in deep surveys (Sandro Tacchella, University of Cambridge)
Galactic winds (Claudia Cicone, Institute of Theoretical Astrophysics, Oslo)
The first stars and cosmic reionisation (Andrea Ferrara, Scull Normale Superiore, Pisa)
Groups and clusters of galaxies (Gary Mamon, Institut d'Astrophysique de Paris)
Galaxy formation at high z (Avishai Dekel, Hebrew University of Jerusalem)

PROGRAMME DETAILLÉ
16/6 08:00-20:00 From primordial fluctuationsto virialised haloes (A. Cattaneo)
17/6 09:00-11:00 From the primordial spectrum of density fluctuations to the halo mass function (A. Cattaneo) 17/6 11:30-13:30 Setting up cosmological simulations : initial and boundary condition (J. Devriendt)
17/6 18:00-20:00 Galaxy formation and evolution with observations/surveys (S. Tacchella)
18/6 09:00-11:00 Semi-analytic models of galaxy formation (A. Cattaneo)
18/6 11:30-13:30 Collisionless N-body simulations (A. Slyz)
18/6 18:00-20:00 Stellar-mass build-up on cosmic and resolved scales (S. Tacchella) 19/6 09:00-11:00 Multiphase outflows : observational methods (C. Cicone)
19/6 11:30-13:30 Hydrodynamics (A. Slyz)
19/6 18:00-20:00 Finding and characterising early galaxies (S. Tacchella)
20/6 09:00-11:00 The outflow literature jungle : robust observational results (C. Cicone) 20/6 11:30-13:30 The physics of galaxy formation (J. Devriendt)
20/6 18:00-20:00 Star formation in primordial gas (A. Ferrara)
21/6 09:00-11:00 Interpreting outflow studies : comparing data and theory (C. Cicone) 21/6 11:30-13:30 Recent results from hydrodynamic simulations (J. Devriendt)
21/6 18:00-20:00 The intergalactic medium (A. Ferrara)
22/6 09:00-11:00 Galaxy formation at high z (A. Dekel)
22/6 11:30-13:30 Groups and clusters of galaxies : cosmological tools, mass profiles, compact groups (G. Mamon)
22/6 18:00-20:00 Cosmic reionisation (A. Ferrara)
23/6 09:00-11:00 Galaxy formation at high z (A. Dekel)
23/6 11:30-13:30 Environmental effects on galaxy evolution (G. Mamon)

Centre de Conférences Jules Janssen

5th Summer School Galaxy Formation and Evolution in a Cosmological Context