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.
- Cosmologie et Évolution des Galaxies (LCEG)
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 grandes échelles de formation des étoiles. Ces structures sont étudiées à travers le temps cosmique, depuis la naissance des premières galaxies jusqu’aux objets les plus proches et contemporains. Ces études s'appuient sur des observations multi-longueurs d’onde réalisées avec des 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 dialogue constant entre les observations et les simulations est recherché afin de maximiser l’interprétation des données et d'apporter les meilleures contraintes pour les modèles de formation des structures.
- Formation d’étoiles et Milieu Interstellaire (LFEMI)
L’équipe "Formation d’étoiles et Milieu Interstellaire" étudie en détail le milieu interstellaire dynamique dans la Voie lactée et dans des galaxies proches de différentes masses et compositions chimiques. Comment les différentes observations sondent la structure du milieu interstellaire (masse, composition chimique, turbulence) est de mieux en mieux compris. Le transfert de rayonnement dans le milieu interstellaire et l’interaction lumière-matière sont étudiés à travers des modélisations de plus en plus approfondies, qui commencent à s’appliquer aux premières petites galaxies de l’ère de la réionisation.
- Dynamique des Étoiles, Exoplanètes et leur Environnement (LDE3)
L'équipe "Dynamique des étoiles, exoplanètes et de 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 ainsi que des atmosphères des exoplanètes. En outre, elle étudie les interactions gravitationnelles, magnétiques et radiatives multi-échelles entre ces corps célestes, leur environnement, leurs vents et les conditions météorologiques (exo-) spatiales, ainsi que l'architecture orbitale des systèmes planétaires.
Ces recherches s'appuient sur des prédictions théoriques innovantes et synergiques, des simulations numériques en calcul intensif (HPC), l'analyse de données d'observation qui contraignent les modèles, ainsi que sur le développement d'instruments pour des missions spatiales dédiées (SOHO, Solar Orbiter, JWST, PLATO, Ariel). Les travaux sont structurés autour de trois piliers interconnectés : la compréhension du Soleil et de l'héliosphère, pour laquelle Solar Orbiter est une pierre angulaire ; la dynamique et l'évolution des étoiles ; et leurs exoplanètes.
- Phénomènes Cosmiques à Haute Énergie (LEPCHE)
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 γ). Les principales questions abordées concernent la phénoménologie des sources et des familles constituant l'« Univers violent », les mécanismes à l'œuvre dans les sources transitoires de divers types, la physique et l'abondance des éléments dans les restes de supernovae (SNR), ainsi que la physique des ondes de choc et l'accélération des particules et des rayons cosmiques.
- Cosmologie et Statistiques (LCS)
L'équipe "Cosmologie et Statistiques" réunit des cosmologistes et des experts en mathématiques appliquées pour développer de nouvelles méthodes en statistique et traitement du signal, et les appliquer à l'analyse de données en cosmologie ou dans d'autres domaines. Les activités de l'équipe LCS au sein de l'AIM sont principalement organisées autour de deux thèmes : le cisaillement gravitationnel faible et l'intelligence artificielle.
Concernant le cisaillement gravitationnel faible, les relevés d'imagerie mesurent les distorsions des images des galaxies dont la lumière a été déviée à grande échelle par la matière interposée. Cet effet, appelé lentille gravitationnelle, permet de déterminer la fraction de matière noire et d'énergie noire jusqu'à environ 9 milliards d'années en arrière. Les mesures de cisaillement faible peuvent également être utilisées pour tester les lois de la gravité à grande échelle.
Au sujet des méthodes statistiques et intelligence artificielle, l'équipe travaille dans plusieurs directions pour optimiser l'extraction d'informations à partir de nos ensembles de données massives. Les principaux axes incluent les problèmes inverses, la reconstruction de la fonction d'étalement du point (PSF) et l'inférence basée sur la simulation.
- Modélisation des Plasmas Astrophysiques (LMPA)
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 ?
