Caractérisation des filaments cosmiques et de leur environnement dans des simulations hydrodynamiques cosmologiques
Auteur / Autrice : | Daniela Galárraga-Espinosa |
Direction : | Nabila Aghanim, Mathieu Langer |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Astronomie et Astrophysique |
Date : | Soutenance le 17/09/2021 |
Etablissement(s) : | université Paris-Saclay |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....) |
Partenaire(s) de recherche : | référent : Faculté des sciences d'Orsay |
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....) | |
Laboratoire : Institut d'astrophysique spatiale (Orsay, Essonne ; 1990-....) | |
Jury : | Président / Présidente : David Elbaz |
Examinateurs / Examinatrices : Franco Vazza, Adrianne Slyz, Françoise Combes, Marius Cautun, Pekka Heinämäki | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Franco Vazza, Adrianne Slyz |
Mots clés
Résumé
La matière dans l'Univers s'assemble sous l'action de la gravité pour former un gigantesque réseau composé de noeuds, de filaments, de murs et de vides, appelé la toile cosmique. Cette structure est principalement définie par la dynamique de la matière noire, qui forme le squelette sur lequel la matière baryonique (ou ordinaire) est accrétée. Alors que les structures cosmiques les plus denses, tracées par les amas de galaxies les plus massifs, ont été minutieusement étudiées, en raison de leurs densités plus faibles et de leurs morphologies complexes, les filaments cosmiques et les propriétés de la matière qui les entoure sont encore mal connus. Or, étant donné que ces structures sont censées contenir près de la moitié de la matière de l'Univers, l'étude de la matière aux plus grandes échelles est inévitablement liée à celle des filaments.Cette thèse propose la première étude complète des filaments cosmiques au décalage spectral z=0.Les filaments analysés sont détectés dans la distribution des galaxies de simulations hydrodynamiques cosmologiques. Ces structures cosmiques sont tout d'abord caractérisées par leurs profils radiaux de densité de galaxies, révélant que la distribution des galaxies autour des filaments varie avec la longueur de ceux-ci. Deux populations différentes sont ainsi identifiées: les filaments courts (L_f < 9 Mpc) et les longs (L_f > 20 Mpc). Je montre que ces deux populations tracent des environnements différents de la toile cosmique. Les filaments courts sont plus denses, plus épais, et plus chauds que les longs. Ils correspondent aux ponts de matière entre des structures sur-denses, alors que les filaments longs sont à la base du squelette cosmique, souvent enchâssés dans des régions sous-denses.Les propriétés du gaz autour des filaments cosmiques sont ensuite caractérisées en distinguant différentes phases en fonction de la température et de la densité de gaz. Je montre que les filaments cosmiques sont essentiellement constitués de gaz associé au milieu intergalactique chaud (WHIM), et que leurs parties centrales hébergent également d'importantes contributions de phases gazeuses plus chaudes et plus denses, dont les fractions dépendent du type de filament. En construisant des profils radiaux de température et de pression, je trouve que les filaments cosmiques possèdent des coeurs isothermes et des valeurs de pression environ mille fois inférieures à celles des amas. De plus, la population de filaments courts est caractérisée par des valeurs de densité, de température, et de pression du gaz qui sont trois fois supérieures à celles des filaments longs. Étant donné que certaines propriétés des galaxies sont intimement liées aux propriétés de leur environnement à grande échelle, j'étudie également l'influence des différents environnements tracés par les populations de filaments sur la masse et l'activité de formation d'étoiles des galaxies, en trouvant différentes tendances pour les filaments courts et longs.Contrairement aux propriétés physiques du gaz et des galaxies, la distribution relative de la matière noire, du gaz et des étoiles autour des filaments s'avère universelle, indépendante de la population de filaments. En obtenant des profils de fraction de baryons, je montre que la distribution de la matière baryonique s'écarte de celle de la matière noire à des distances inférieures à ~7 Mpc aux axes des filaments, indiquant un rayon caractéristique du profil des baryons dans ces structures. Enfin, les coeurs des filaments sont fortement appauvris en baryons, tandis que leurs périphéries présentent un excès par rapport à la fraction cosmique, correspondant au gaz dans le WHIM.