NICE: Dévoiler la physique de formation des amas de galaxies à grands redshifts avec NOEMA

Les amas de galaxies sont les structures liées les plus massives de l'Univers. Aujourd'hui, ils sont principalement composés de galaxies dites mortes (c'est-à-dire sans activité de formation d'étoiles) contenant surtout de très vieilles étoiles. Pour comprendre comment ces objets se sont formés, nous devons remonter dans le temps, jusqu'aux époques où ils ont été assemblés. Cela nous permet de tester les théories de formation des grandes structures de l'Univers, mais aussi de résoudre des questions importantes sur la formation et l'évolution des galaxies massives. Il s'agit notamment de déterminer le rôle joué par l'environnement dans les processus qui ont interrompu l’activité de formation d'étoiles des galaxies massives et transformé leurs morphologies de disque en sphéroïdes. En outre, ce voyage peut aider à révéler comment les galaxies ont obtenu leurs grands réservoirs de gaz de la toile cosmique, et la physique complexe de formation d’étoiles, régulée par la rétroaction et affectée par les interactions. Cette question scientifique a été reconnue comme l'une des trois principales priorités de la prochaine décennie par l'enquête décennale Astro2020 des États-Unis.

Pour permettre l'étude de ces processus, notre équipe s'est récemment vu attribuer un vaste programme de 159 heures à l'interféromètre NOEMA dans les Alpes françaises, géré par l'IRAM, dans le cadre d'une étroite collaboration entre la France et la Chine (les deux co-PI sont Emanuele Daddi à l'IRFU/DAp/LCEG et Tao Wang à l'Université de Nanjing en Chine). L'objectif de ce programme (surnommé NICE) est d'observer un échantillon sans précédent de 40 amas à une époque où l'Univers n'avait que trois milliards d'années et d'étudier leur nature en détectant le signal de leurs grands réservoirs de gaz, trahi par l'émission de leurs molécules de monoxyde de carbone. Les observations auront lieu en 2022 et 2023 et impliqueront une intense campagne de suivi à plusieurs longueurs d'onde, notamment avec le télescope spatial Hubble et son successeur, le télescope spatial James Webb.

Ces activités s'inscrivent parfaitement dans les priorités scientifiques de l'IRFU/DAp et en particulier dans notre participation à de futurs projets instrumentaux au sol ou dans l'espace. La mission Euclid, dans laquelle nous sommes fortement impliqués et qui sera lancée début 2023, prolongera cet effort avec l'assemblage d'échantillons de plus en plus grands d'amas de galaxies. Vers la fin de cette décennie, BlueMUSE pourrait devenir une réalité au VLT et permettrait d'observer avec une sensibilité unique le gaz froid de la toile cosmique entourant ces structures. Enfin, au-delà de 2030, la mission Athena de l'ESA aura le pouvoir de détecter leurs phases de gaz chaud, de contraindre leurs masses totales, et ainsi de permettre l'étude détaillée de la formation et de l'évolution des amas de galaxies à travers l'histoire cosmique.

Contacts: Emanuele Daddi et Benjamin Magnelli