L'AIM dispose d'un large éventail de thèmes de recherche développés au sein d'équipes thématiques. Toutes les équipes sont fortement impliquées dans des collaborations nationales et internationales.
L'équipe "Cosmologie et Évolution des Galaxies" de l'AIM se concentre sur l'étude de la formation, de l'évolution et des propriétés physiques des grandes structures cosmologiques, des amas de galaxies, des galaxies elles-mêmes et de leur structure interne, jusqu'aux échelles des processus de formation stellaire. Ces structures sont étudiées à travers le temps cosmique, depuis la naissance des premières galaxies jusqu'aux objets les plus proches de notre époque. Ces recherches s'appuient sur des observations multi-longueurs d'onde réalisées à l'aide d'observatoires de pointe (ALMA, JWST, VLT, IRAM et Euclid), complétées par des simulations cosmologiques et des simulations d'évolution des galaxies, utilisant les plus grands supercalculateurs d'Europe. Un échange constant entre les observations et les simulations est recherché afin d'optimiser l'interprétation des données et d'apporter les meilleures contraintes aux modèles de formation des structures.
L'équipe "Formation Stellaire et Milieu Interstellaire" étudie en détail la dynamique du milieu interstellaire (MIS) dans la Voie Lactée ainsi que dans des galaxies proches de différentes masses et compositions chimiques. La manière dont diverses observations sondent la structure du MIS (masse, contenu chimique, turbulence) est de mieux en mieux comprise. Le transfert de radiation dans le MIS et l'interaction lumière-matière sont étudiés grâce à des modélisations de plus en plus poussées et peuvent désormais être appliqués aux premières petites galaxies de l'époque de la réionisation.
L'équipe "Dynamique des Étoiles, Exoplanètes et leur Environnement" mène des recherches de pointe pour comprendre la structure interne et externe, la dynamique et l'évolution du Soleil, des étoiles, des planètes et des atmosphères des exoplanètes. De plus, elle étudie les interactions gravitationnelles, magnétiques et radiatives multi-échelles entre ces corps célestes, ainsi qu'avec leur environnement, leurs vents et la météorologie (exo-)spatiale, ainsi que l'architecture orbitale des systèmes planétaires. Ces recherches reposent sur des prédictions théoriques innovantes, des simulations numériques sur supercalculateurs (HPC), l'analyse de données d'observations permettant de contraindre les modèles, et le développement d'instruments pour des missions spatiales dédiées (SOHO, Solar Orbiter, JWST, PLATO, Ariel). Elles s'articulent autour de trois piliers interconnectés : la compréhension du Soleil et de l'héliosphère, pour laquelle Solar Orbiter joue un rôle central, la dynamique et l'évolution des étoiles, ainsi que celle de leurs exoplanètes.
L'équipe "Événements Cosmiques à Haute Énergie" se concentre sur la découverte, la caractérisation, la classification et la compréhension – du point de vue de la physique fondamentale – des phénomènes astrophysiques les plus énergétiques et violents. Ces sources se manifestent généralement par leurs émissions dans le domaine des hautes énergies (rayons X et gamma). Les principales questions abordées concernent la phénoménologie des sources et des familles qui composent cet "Univers Violent", les mécanismes en jeu dans les sources transitoires de divers types, la physique et les abondances d'éléments dans les rémanents de supernova (SNR), ainsi que la physique des chocs et l'accélération des particules et des rayons cosmiques.
L'équipe « Cosmologie et Statistiques » rassemble des cosmologistes et des experts en mathématiques appliquées pour développer de nouvelles méthodes de statistiques et de traitement des signaux et les appliquer à l'analyse des données en cosmologie ou dans d'autres domaines. Les activités de l'équipe LCS à l'AIM s'articulent principalement autour de deux thèmes : la lentille faible et l'intelligence artificielle. L'effet de lentille faible : les relevés d'imagerie mesurent les distorsions des images de galaxies dont la lumière a été déviée à très grande échelle par de la matière interposée. Cet effet de lentille gravitationnelle nous permet de déterminer la fraction de matière noire et d'énergie noire jusqu'à ~9 milliards d'années. Les mesures de l'effet de lentille faible peuvent également être utilisées pour tester les lois de la gravité à grande échelle. Méthodes statistiques et intelligence artificielle : nous avons travaillé dans différentes directions afin d'optimiser l'extraction d'informations à partir de notre ensemble de données. Les principales directions sont les problèmes inverses, la récupération des fonctions d'étalement des points et l'inférence basée sur la simulation.
L'équipe "Modélisation des Plasmas Astrophysiques" regroupe des théoriciens et des modélisateurs dans le but de comprendre les processus astrophysiques gouvernés par la gravité, l'hydrodynamique radiative et la magnétodynamique (MHD), ainsi que de caractériser leurs conséquences observables. Leur approche théorique est basée sur la physique, utilisant des outils numériques, analytiques et expérimentaux adaptés à la complexité de la turbulence, des ondes de choc et des instabilités. Les questions astrophysiques abordées sont principalement centrées sur la naissance des étoiles et des disques protoplanétaires, la formation des objets compacts et la mort explosive des étoiles massives, avec des interrogations telles que : Quelle est la fonction de masse initiale des étoiles ? Comment se forment les disques protoplanétaires ? Quel est l'impact de l'environnement sur les propriétés et l'évolution des disques ? Comment les étoiles massives explosent-elles ? Quelle est leur signature multi-messager ? Quelle est l'origine des champs magnétiques extrêmes des magnétars ?
