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Offre de thèse 2025

Un nouvel éclairage sur les propriétés des premiers proto-amas  formés dans l'Univers avec le JWST et EUCLID

Un des objectifs majeurs de l'astronomie moderne est de comprendre comment les premières étoiles et galaxies ont commencé à baigner l'Univers de lumière. Au cours des deux dernières décennies, ce sujet a connu un âge d'or grâce à l'arrivée de grand télescopes terrestres dont le diamètre atteint  8-10 mètres (par exemple, le Very Large Telescope, l'Observatoire Keck, le Gran Telescopio Canarias) et au lancement récent de grands observatoires spatiaux dans l'infrarouge proche (tels que le télescope spatial James Webb et Euclid), repoussant toujours plus loin les frontières de l'Univers observable. Cette quête de la première lumière dans l'Univers primitif a conduit à la détection de centaines de galaxies primordiales (par exemple, Bouwens et al. 2015, Donnan et al. 2023) observées quelques centaines de millions d'années après le Big Bang (en termes de décalage vers le rouge, z > 6), c'est-à-dire pendant la période de réionisation de l'Univers, qui n'était pas encore totalement transparent aux photons.

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Lorsque les premières étoiles et galaxies commencent à illuminer l'Univers, elles commencent à ioniser l'hydrogène neutre qui s'est formé après le Big Bang. Selon les résultats de Planck (Planck 2016) et les observations des quasars (par exemple, Bosman et al. 2022), le processus de réionisation se termine un milliard d'années après le Big Bang, marquant l'époque de la réionisation (EoR). Cette période est une aubaine pour comprendre les propriétés physiques des sources primordiales d'ionisation : elles doivent avoir émis suffisamment de photons ionisants au cours du premier milliard d'années de l'Univers. Cependant, en estimant la contribution à la réionisation grâce aux populations de galaxies observées à décalage vers le rouge élevé, on constate un déficit clair de photons ionisants. Il est donc possible que les galaxies primordiales aient des propriétés ionisantes différentes de celles des galaxies à plus bas redshift, ou que des sources d'ionisation supplémentaires doivent être prises en compte, ou encore que le modèle de l'efficacité de la formation d'étoiles à grand redshift doive être révisé. Même après plus de deux ans d'opérations du JWST, il n'y a toujours pas de réponse claire à ce débat brûlant.

 

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Alors que la chronologie de la formation des galaxies primordiales commence à être dévoilée par les observations les plus profondes du JWST, les détails concernant leur étendue spatiale restent flous : les galaxies se sont-elles formées isolément ou en groupes ? Selon les observations réalisées sur des champs de lentilles gravitationnelles et des champs vides avec le JWST, les galaxies les plus massives semblent être entourées de galaxies plus faibles au sein de petits proto-amas (Laporte et al. 2022, Castellano et al. 2023, Tacchella et al. 2023). Les simulations numériques suggèrent que les propriétés physiques des galaxies (comme la métalllicité, le taux de formation d'étoiles, la teneur en poussière) au sein de ces premiers proto-amas devraient évoluer différemment en fonction de leur position dans les structures (Bennett & Sijacki 2022). Plus intéressant encore, l'étendue spatiale de ces premières structures pourrait fournir de nouvelles contraintes sur les propriétés des halos de matière noire quelques centaines de millions d'années après le Big Bang. Les simulations prédisent également que les noyaux galactiques actifs (AGN) pourraient être situés au centre de ces proto-amas. Par conséquent, identifier et caractériser ces premières structures dans l'Univers primitif est essentiel pour comprendre le processus de formation des galaxies.

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L'objectif principal de cette thèse sera d'identifier des proto-amas à z>5 dans les images les plus profondes du JWST, d'estimer leurs propriétés physiques (par ajustement des SED), de déterminer la nature de la source la plus brillante dans le cœur du proto-amas (AGN contre galaxies formant d'étoiles) et de réaliser un suivi spectroscopique avec les plus grands télescopes terrestres.

Chronologie de la thèse : Au cours de la première année (sept. 2025–août 2026), le doctorant développera un nouvel outil, utilisant la tessellation de Voronoi adaptée aux sources à grand redshift, pour identifier les régions sur-denses à z>5 dans les images du JWST, en utilisant les données du programme PRIMER. La deuxième année (sept. 2026–août 2027) sera divisée en deux parties : (i) identifier les proto-amas dans toutes les images publiques du JWST (Cosmos-Webb, UNCOVER, PEARLS, JADES, etc.), ainsi que dans les relevés profonds d'Euclid et (ii) réaliser une campagne de suivi spectroscopique en utilisant PFS/Subaru et MOONS/VLT dans le cadre du GTO. La dernière année de la thèse (sept. 2027–août 2028) sera consacrée à la comparaison des résultats observatoires avec les simulations. Tout au long de la thèse, le doctorant participera à des ateliers, des conférences et des écoles.

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How to apply

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Cette thèse est co-financée par le CNES (l'Agence Spatiale Française) et Aix-Marseille University. Le doctorant sera basé au Laboratoire d'Astrophysique de Marseille

Pour soumettre une candidature, merci de vous rendre sur le portail du CNES entre le 2 Février et le 14 Mars :

https://recrutement.cnes.fr/fr/annonces

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Des entretiens seront programmés après la fermeture du portail, et le candidat sélectionné sera annoncé le 6 Juin.

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