Une simulation informatique de l’apparence du gaz et des étoiles d’un amas de galaxies, mettant en évidence la façon dont les amas de galaxies sont intégrés dans le réseau cosmique de filaments. Dans les images couleur, l’intensité et la couleur de l’image représentent la densité et la température du gaz. Ces figures montrent des zooms successifs sur une galaxie noyée dans un filament. En partant du coin supérieur droit dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, les barres d’échelle représentent des longueurs de 3,3 millions d’années-lumière, 3,3 millions d’années-lumière, 330 000 années-lumière, 33 000 années-lumière. L’image en bas à droite montre les étoiles des galaxies de cet amas simulé, la barre d’échelle correspondant à 330 000 années-lumière. Le programme WISESize utilisera des observations pour mesurer la répartition spatiale des gaz et des étoiles dans les galaxies alors qu’elles se déplacent à travers la toile cosmique qui imprègne l’univers proche. Crédit : Yannick Bahé
L’équipe du professeur Gregory Rudnick de l’Université du Kansas étudie l’évolution des galaxies et leurs processus de formation d’étoiles, financée par une importante subvention de la NSF. L’étude explore l’impact d’environnements cosmiques variés sur les galaxies, impliquant des étudiants dans des programmes de recherche et d’enseignement secondaire.
Les chercheurs de l’Université du Kansas espèrent mieux comprendre les mécanismes complexes derrière l’évolution des galaxies, qui voyagent à travers un « réseau cosmique » d’environnements différents au cours de leur vie.
Gregory Rudnick, professeur de physique et d’astronomie à la KU, dirige une équipe qui a récemment obtenu une subvention de 375 000 $ de la National Science Foundation pour étudier « la teneur en gaz et les propriétés de formation d’étoiles des galaxies » qui sont modifiées en fonction de l’endroit où elles se déplacent dans le monde. cosmos.
Explorer l’environnement galactique et son impact
« L’objectif principal de ce projet est de comprendre l’impact des facteurs environnementaux sur la transformation des galaxies », a déclaré Rudnick. « Dans l’univers, les galaxies sont réparties selon une distribution non uniforme caractérisée par des densités variables. Ces galaxies se regroupent en grands amas, comprenant des centaines, voire des milliers de galaxies, ainsi qu’en groupes plus petits, constitués de dizaines à centaines de galaxies.
De plus, les galaxies peuvent faire partie de structures filamenteuses allongées ou résider dans un état isolé dans des régions de plus faible densité de l’univers, a-t-il expliqué.
Les efforts précédents se sont principalement concentrés sur la comparaison des galaxies en amas et en groupes avec celles des régions de densité la plus faible de l’univers, appelées « le champ ». Ces études ont négligé l’autoroute des filaments qui relient les régions les plus denses. L’équipe de Rudnick examinera toute la gamme dynamique des densités de l’univers en se concentrant sur la façon dont les galaxies réagissent à l’environnement dans des filaments qui les canalisent vers des groupes galactiques et des amas de galaxies, modifiant ainsi l’évolution des galaxies en cours de route.
« Les galaxies suivent un chemin dans ces filaments, expérimentant pour la première fois un environnement dense avant de progresser en groupes et en amas », a déclaré Rudnick. « L’étude des galaxies en filaments nous permet d’examiner les premières rencontres de galaxies avec des environnements denses. La majorité des galaxies entrant dans les « centres urbains » des amas le font le long de ces « autoroutes », seul un nombre minime empruntant des routes rurales qui les amènent dans les amas et les groupes sans beaucoup interagir avec leur environnement. Alors que les filaments s’apparentent aux autoroutes interétatiques, ces itinéraires moins fréquentés vers des régions denses s’apparentent à l’analogie avec la conduite sur les routes rurales du Kansas pour accéder aux limites de la ville. Les galaxies peuvent exister sous forme de filaments ou être en groupes résidant dans des filaments comme des perles sur un fil. En effet, la plupart des galaxies de l’univers existent au sein de groupes. Par conséquent, grâce à notre étude, nous obtiendrons simultanément des informations sur l’apparition des effets environnementaux sur les galaxies et sur la façon dont les galaxies se comportent dans les régions où elles se trouvent le plus souvent, les filaments et les groupes.
Le cycle baryon et sa signification cosmique
L’un des principaux axes d’étude sera la manière dont les conditions au sein de ces filaments, champs, groupes et amas de galaxies modifient le « cycle baryonique » des gaz à l’intérieur et autour des galaxies. Chaque voisinage cosmique modifie le comportement du gaz dans et autour des galaxies et peut même affecter le gaz moléculaire le plus dense à partir duquel les étoiles se forment. Les perturbations de ce cycle baryonique peuvent donc soit stimuler, soit entraver la production de nouvelles étoiles. Récemment, un rapport fédéral de la communauté astronomique visant à établir des objectifs de recherche astronomique pour les années 2020 – l’enquête décennale Astro2020 – a désigné la compréhension du cycle des baryons comme un sujet scientifique clé pour la décennie à venir.
« L’espace entre les galaxies contient du gaz. En effet, la plupart des atomes de l’univers se trouvent dans ce gaz, et ce gaz peut s’accumuler sur les galaxies », a déclaré Rudnick. « Ce gaz intergalactique subit une transformation en étoiles, bien que l’efficacité de ce processus soit relativement faible, seul un faible pourcentage contribuant à la formation des étoiles. La majorité est expulsée sous forme de vents violents. Certains de ces vents sortent dans l’espace, appelés flux sortants, tandis que d’autres sont recyclés et reviennent.
« Ce cycle continu d’accrétion, de recyclage et de sorties est appelé cycle baryon. Les galaxies peuvent être conceptualisées comme des moteurs de traitement des baryons, extrayant le gaz du milieu intergalactique et en convertissant une partie en étoiles. Les étoiles, à leur tour, deviennent des supernovas, produisant des éléments plus lourds. Une partie du gaz est rejetée dans l’espace, formant une fontaine galactique qui finit par retomber dans la galaxie.
Cependant, Rudnick a déclaré que lorsque les galaxies rencontrent un environnement dense, elles peuvent subir une pression provoquée par leur passage à travers le gaz environnant et cette pression peut à son tour perturber le cycle du baryon soit en éliminant activement le gaz de la galaxie, soit en privant la galaxie de son avenir. approvisionnement en gaz. En effet, au centre des amas, les galaxies peuvent voir leur pouvoir de création d’étoiles s’éteindre lorsque leur réserve de gaz est supprimée.
« Cette perturbation affecte l’absorption et l’expulsion de gaz par les galaxies, entraînant des altérations dans leurs processus de formation d’étoiles », a-t-il déclaré. « Bien qu’il puisse y avoir une augmentation temporaire de la formation d’étoiles, dans presque tous les cas, cela aboutit finalement à un déclin de la formation d’étoiles. »
Les collaborateurs de Rudnick à la KU comprendront des étudiants diplômés comme Kim Conger, dont les travaux ont contribué à façonner la proposition de subvention, ainsi que des chercheurs de premier cycle. Sa co-chercheuse principale Rose Finn, professeur de physique et d’astronomie au Siena College, emploiera et formera également des étudiants.
Les chercheurs utiliseront des ensembles de données astronomiques tels que l’imagerie DESI Legacy Survey, WISE et GALEX d’environ 14 000 galaxies. De nouvelles observations supplémentaires seront effectuées par le personnel des deux campus à l’aide du télescope Planewave de 0,7 m de Sienne pour obtenir de nouvelles images de galaxies équipées d’un filtre personnalisé à acheter via la subvention. Les étudiants de la KU pourront observer à distance avec le télescope de Sienne, comme ils l’ont déjà fait dans le cadre d’un cours commun d’astronomie d’observation en 2021 et 2023.
Recherche collaborative et participation communautaire
Le travail inclura également des étudiants du secondaire du Kansas et du New Jersey, car la subvention prolonge un programme que Rudnick a commencé il y a des années pour introduire des cours d’astronomie de niveau universitaire dans les écoles secondaires. La nouvelle subvention fonde un cours d’astronomie au lycée affilié au Siena College et étend le cours déjà proposé au Lawrence High School, près du campus Lawrence de la KU. Le travail de Rudnick sur cette classe lui a valu une bourse d’études d’engagement communautaire de la KU en 2020.
« Ces fonds prolongeront la longévité du programme de lycée jusqu’en 2026 », a déclaré Rudnick. « En collaboration avec les fonds de KU, nous avons pu acheter 11 MacBook Pro pour l’école. Étant donné que les étudiants ne disposent que d’iPad, qui ne sont pas adaptés aux activités de recherche qu’ils doivent entreprendre, cette subvention a facilité l’acquisition d’ordinateurs qui leur permettront de mener leurs recherches.
Le projet dispose désormais d’un chariot pour ordinateur portable dédié à la classe, permettant aux étudiants de mener à bien leurs projets de recherche, a-t-il déclaré, et l’afflux d’ordinateurs a permis aux organisateurs d’augmenter la taille des classes.
«Auparavant, la taille des classes au niveau secondaire était d’environ 8 à 10 élèves», a déclaré Rudnick. « Aujourd’hui, à la rentrée, nous avons 22 étudiants. Il s’agit d’une croissance significative, visant à doubler la taille des classes.
