Mesurer la formation des galaxies primordiales massives avec le JWST

Measuring the assembly of massive primordial galaxies with the JWST

• Auteur / Autrice : Valentina Sangalli
• Direction : Hervé Aussel, Benjamin Magnelli
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : Astronomie et Astrophysique d'Ile de France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Astrophysique Instrumentation Modélisation
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Evolution des Galaxies

Jwst

Galaxies à grands redshift

Jwst

High-redshift Galaxies

Galaxy Evolution

Résumé

Le télescope spatial James Webb (JWST) révolutionne notre vision du premier milliard d'années après le big bang, en nous permettant de détecter les galaxies primordiales formées par l'effondrement des premières surdensités de l'Univers. Les études initiales des propriétés de ces galaxies, en partie réalisées par notre équipe, ont révélé que leur formation est encore largement incomprise et potentiellement en tension avec le modèle cosmologique standard (LCDM). En effet, ces études ont mis en évidence un excès potentiel de galaxies massives primordiales, impliquant une croissance accélérée de ces galaxies à des efficacités de formation d'étoiles bien au-delà des prédictions des modèles théoriques. Avant d'invoquer des modèles cosmologiques et d'évolution des galaxies radicalement différents, il est néanmoins nécessaire de confirmer ces tensions, qui ne reposent actuellement que sur des mesures très incertaines de la masse stellaire de quelques galaxies. Cette thèse aura pour objectif de confirmer ou infirmer ces tensions en contraignant pour la première fois de manière solide la masse stellaire d'un large échantillon statistique de galaxies primordiales. Pour ce faire, nous combinerons les données de quatre relevés extragalactiques du JWST avec une approche statistique originale d'empilement d'images nous permettant d'obtenir la masse stellaire moyenne des galaxies primordiales qui sont sinon trop faibles pour être détectées individuellement par le JWST dans la fenêtre critique de l'infrarouge moyen. Ces informations, ainsi que celles obtenues sur leur activité de formation d'étoiles, seront déterminantes pour comprendre la croissance des premières galaxies de l'Univers.

The James Webb Space Telescope (JWST) is revolutionizing our view of the first billion years after the big bang, by enabling us to detect the primordial galaxies formed by the collapse of the Universe's first overdensities. Initial studies of the properties of these galaxies, partly carried out by our team, have revealed that their formation is still largely misunderstood and potentially in tension with the Lambda Cold Dark Matter model. Indeed, these studies have uncovered a potential excess of massive primordial galaxies, implying accelerated growth of these galaxies at star formation efficiencies well beyond the predictions of theoretical models. Before invoking radically different cosmological and galaxy evolution models, however, it is necessary to confirm these tensions, which are currently based only on highly uncertain measurements of the stellar mass of a few galaxies. The aim of this thesis is to confirm or refute these tensions by constraining, for the first time, the stellar mass of a large statistical sample of primordial galaxies. To do this, we will combine data from four JWST extragalactic surveys with an original statistical approach of image stacking, enabling us to obtain the average stellar mass of primordial galaxies that are otherwise too faint to be detected individually by the JWST in the critical mid-infrared window. This information, together with that obtained on their star-forming activity, will be decisive in understanding the growth of the Universe's first galaxies.