Replacer les galaxies dans
leur contexte cosmologique
Thèse IAP
Paris
Postdoc UCL
Angleterre
Postdoc Lund
Suède
Théorie
Simulations
2016
2019
2022
| Corentin Cadiou | Contexte | Résultats | Projet | Conclusion | 1 |
—— Développement codes communautaires
—— Temps calcul 10 Mh (PI), ~100Mh (co-I)
—— Supervisions 5 étudiant·e·s, vulgarisation, EAS Sustainability Committee
Grandes structures
Toile cosmique
Milieu circumgalactique
Milieu interstellaire
\(>10\ \mathrm{Mpc}\)
\(1-10\ \mathrm{Mpc}\)
\(0.1-1\ \mathrm{Mpc}\)
\(<100\ \mathrm{kpc}\)
Formation des galaxies : contexte cosmologique
Modèle du halo:
propriétés galaxies \(= f(M_\mathrm{DM}, \rho)\)
précision \(\lesssim 10 \%\)
| Corentin Cadiou | Contexte | Résultats | Projet | Conclusion | 2 |
Effondrement
isotrope
Masse du halo
Nombre de galaxies par halo
Par ex : approche “HOD”
Skibba+15
+
→
DM
Halos
Galaxies
Formation des galaxies : contexte cosmologique
Modèle du halo:
propriétés galaxies \(= f(M_\mathrm{DM}, \rho)\)
précision \(\lesssim 10 \%\)
| Corentin Cadiou | Contexte | Résultats | Projet | Conclusion | 3 |
Effondrement
isotrope
Kraljic, ..., Cadiou+19
← Vers les nœuds →
← Vers les vides →
Excès de sSFR
Ganeshaiah Veena+18
Tillson+15
Moment angulaire
Redshift
Formation des galaxies : contexte cosmologique
Modèle du halo:
propriétés galaxies \(= f(M_\mathrm{DM}, \rho)\)
précision \(\lesssim 10 \%\)
| Corentin Cadiou | Contexte | Résultats | Projet | Conclusion | 4 |
Effondrement
isotrope
Kraljic, ..., Cadiou+19
Ganeshaiah Veena+18
Tillson+15
environnement à traiter explicitement
Haut \(z\) : forte accrétion + fusions fréquentes
JWST, ALMA
ex : origine du moment angulaire \(z\gtrapprox 2\)
Bas \(z\) : précision au % pour grands relevés
Euclid juillet 2023
ex : alignements intrinsèques
Formation des galaxies : contexte cosmologique
Modèle du halo:
propriétés galaxies \(= f(M_\mathrm{DM}, \rho,{\color{#a64d79}\ \text{toile cosmique}},{\color{#4da669}\ \text{physique baryons}})\)
précision \(\lesssim 10 \%\) \(\lesssim 1 \%\) ⇒ précision Euclid
Effondrement
anisotrope
Déviation matière noire
Approches perturbatives
Simulations
Mes travaux
| Corentin Cadiou | Contexte | Résultats | Projet | Conclusion | 5 |
Effondrement
isotrope
Modèle du halo:
propriétés galaxies \(= f(M_\mathrm{DM}, \rho)\)
précision \(\lesssim 10 \%\)
Kraljic, ..., Cadiou+19
Ganeshaiah Veena+18
Tillson+15
| Corentin Cadiou | Contexte | Résultats | Projet | Conclusion | 6 |
*Étudiants supervisés
Résultats : métrique de la toile cosmique
Formation tardive & accrétion + intense dans la direction des filaments. Effets au delà effets de masse & densité
Musso, Cadiou+18; Pharabod*, Cadiou+in prep
Approches perturbatives
Prédiction & description de la géométrie de la toile cosmique :
⇒ théorie des évènements critiques
⇒ points critiques : sonde cosmologique prometteuse
Paramètres secondaires sensibles à environnement qui cause par ex. 50% des variations de la concentration
Cadiou+21a; Storck*, Cadiou, in prep
Simulations “sur mesure”
\(z=\infty\)
\(z=0\)
Cadiou+20; Shim, …, Cadiou+21
Théorie des couples de marée
Physique
baryons
Conditions initiales cosmologiques
Moment angulaire galaxie
Déterministe
Stochastique?
| Corentin Cadiou | Contexte | Résultats | Projet | Conclusion | 7 |
Approches perturbatives
Simulations
RésultatS : redistribution du moment angulaire
Moment angulaire spécifique
Masse stellaire
Disques
Elliptiques
Romanovsky&Fall+12
Moment angulaire déterministe :
- pour la matière noire
Cadiou+21b - pour les étoiles
Cadiou+22; PI de 10Mh de calcul
Même \(M_\mathrm{DM},\rho_\mathrm{5 Mpc},M_\star\)
Mais
\(j_\star\times 5, R_{1/2}\times 2\)
✅ Déterministe
❌ Chaotique
Résultats
Moment angulaire galaxie
Morphologie, rayon
Cause
Perturbations conditions initiales cosmologiques
RésultatS : redistribution du moment angulaire
| Corentin Cadiou | Contexte | Résultats | Projet | Conclusion | 8 |
Méthode :
Modifications génétiques
1/ Perturbation conditions initiales
ici : ajout terme marée
2/ Simulation cosmologique
⇒ Généralisable pour tester théories perturbatives
ici : théorie des champs de marée
Quelles propriétés observables des galaxies sont affectées par l'environnement ?
Quelle description de la toile cosmique pour capturer ces effets ?
Quelle physique lie l'émergence des propriétés des galaxies à leur environnement ?
Simulations
- passage à l'exascale avec le code Dyablo
- automatiser l'analyse des simulations
Projets
| Corentin Cadiou | Contexte | Résultats | Projet | Conclusion | 9 |
Projet : Relier propriétés des galaxies
à leur environnement cosmologique
2 nouvelles dimensions :
histoire assemblage
& environnement
Paramètres physiques
| Corentin Cadiou | Contexte | Résultats |
Projet | Conclusion | 10 |
3 dimensions à explorer :
→ physique sous-maille (AGN, étoiles, …)
→ histoire d'assemblage : modifications génétiques
→ environnement : splicing + théorie toile cosmique
Approches perturbatives
Simulations
Cadiou+22
Dubois+16
3 dimensions à explorer :
→ physique sous-maille (AGN, étoiles, …)
→ histoire d'assemblage : modifications génétiques
→ environnement : splicing + théorie toile cosmique
- formation des premières galaxies :
CEERS : \(\sim5 \sigma\) peaks - objets rares : physique des groupes & clusters
Collaborations : E. Daddi, F. Bournaud, G. Pratt, M. Pierre
Robertson+22
Projet : Relier propriétés des galaxies
à leur environnement cosmologique
| Corentin Cadiou | Contexte | Résultats |
Projet | Conclusion | 11 |
Approches perturbatives
Simulations
| Corentin Cadiou | Contexte | Résultats |
Projet | Conclusion | 12 |
3 dimensions à explorer :
→ physique sous-maille (AGN, étoiles, …)
→ histoire d'assemblage : modifications génétiques
→ environnement : splicing + théorie toile cosmique
Exemple de projet — 2 à 5 ans
quel environnement module les propriétés des galaxies ?
⇒ comprendre origine de l'alignement intrinsèque
⇒ pertinent et opportun : Euclid (juillet 23)
Collaborations : S. Codis, J. C. Cuillandre, C. Yeche
Amplitude exagérée
Projet : Relier propriétés des galaxies
à leur environnement cosmologique
Approches perturbatives
Simulations
| Corentin Cadiou | Contexte | Résultats |
Projet | Conclusion | 13 |
Projet 5 à 10 ans
- augmentation résolution milieu circum-galactique
(raffinement super-Lagrangien) - suivi histoire du gaz grâce aux particules traceuses Lagrangiennes
accrétion
\(\downarrow\)
mélange dans le milieu circum-galactique
\(\downarrow\)
formation disque de gaz
\(\downarrow\)
formation disque stellaire
Collaborations: E. Daddi, F. Bournaud,
Collaborations: co-I projet de 50Mh de calcul
Projet : Le milieu circum-galactique
frontière Environnement cosmologique — galaxie
Tumlinson+17
Simulations
Pourquoi les galaxies ont une réponse non-stochastique à des variations de l'environnement?
⇒ Milieu circum-galactique : régulateur entre environnement cosmologique et formation des galaxies
Allier informatique & astrophysique
| Corentin Cadiou | Contexte | Résultats |
Projet | Conclusion | 13 |
Ramses,
Gadget, …
Adaptés exascale (GPU) : Dyablo
Codes de simulation
+ haute résolution
+ physique
+ volume
génération de mocks
Euclid
Individuels
Communautaire :
yt, pynbody, tangos
Codes d'analyse
2023
2025
2030
LSST
SKA
JWST
- Première simulation cosmologique
Collaborations : A. Durocher, M. Delorme, Aubert (ObAS) & Ginea
- Intégration mocks dans Galactica
Collaborations : D. Chapon
1 an
5 ans
Synthèse candidature
Replacer les galaxies dans leur Environnement cosmologique
Approches originales — théorie & simulations :
- toile cosmique : intermédiaire entre cosmologie et galaxies, sonde cosmologique alternative
- modifications génétiques, splicing
- particules traceuses
Objectifs pertinents dans le contexte actuel :
- Interprétation données haut \(z\) ex: JWST
-
Débiaiser observations des galaxies pour les
grands relevés cosmologiques ex: Euclid
| Corentin Cadiou | Contexte | Résultats |
Projet | Conclusion | 14 |
—— 15 articles 7 auteur, 8 co-auteur
—— Supervisions 4 masters, 1 licence
—— Collaborations France (IAP, ObAS, CRAL) et internationales (UK, Suède, Corée, États-Unis)
—— Temps calcul 10 Mh (PI), ~100Mh (co-I)
—— Développement codes communautaires
Galaxies haut \(z\)
Bournaud, Daddi, Aussel, Elbaz
Cluster/groupe
Pierre, Pratt
Stat. toile cosmique
Ruhlmann-Kleider,
Starck, Pettorino,
Yèche
Alignement intrinsèque
Codis, Cuillandre
Simulations & analyse
Chapon, Delorme,
Durocher
Mon profil
Physique
des galaxies
Cosmologie
Théorie des évènements critiques
En 1D
\[\dfrac{\partial \delta}{\partial x} = 0, \quad \dfrac{\partial^2 \delta}{\partial x^2}=0 \]
En ND
\[\nabla \delta = 0, \quad |\nabla\nabla \delta| = 0 \]
càd \(\lambda_1\leq \dots \leq \lambda_j =0 \leq \dots \leq \lambda_N\)
Modèle PRISM
- 50Mh de calcul
- \(M_\star=10^{10-11}M_\odot\) à \(z=2\)
- +100 ions
- chimie hors-équilibre, couplée au transfert de rayonnement
- raffinement sur longueur de refroidissement \(l_\mathrm{cool}=\frac{c_\mathrm{s}}{\Gamma_\mathrm{net}}\)
- cadence de sortie: \(\Delta t = 1\ \mathrm{Myr}\)
Katz+22
Splicing en 1D
Splicing:
\(f\) tel que
\[{\color{#777}\textbf{M}}f={\color{#777}\textbf{M}}{\color{blue}a}\]
et minimise \[\mathcal{Q} = \left[{\color{#777}\bar\textbf{M}}(f-{\color{red}b})\middle]^\mathrm{T}\textbf{C}^{-1}\middle[{\color{#777}\bar\textbf{M}}(f-{\color{red}b})\right]\]
Pénalisation des discontinuités
\(\propto\) spectre de puissance comparables
Modifications génétiques
Objectif:
\[\mathbf{u}\cdot \mathbf{\delta}' = {\color{purple} d}.\]
Solution:
\[\delta' = \delta + \frac{({\color{purple} d}-\mathbf{u}\cdot \delta) \mathbf{C} \mathbf{u}}{\mathbf{u}\mathbf{C}\mathbf{u}}\]
Exemple moment angulaire:
\[\int_{\color{green}\Gamma}\mathbf{r}\times \mathbf{v}' = {\color{purple}d}, \]
avec \( \mathbf{v} \propto \nabla\Delta^{-1}\delta\).
Biais de la toile cosmique
toile cosmique: sonde cosmologique
Cross-corrélations : très faible évolution avec \(z\)