À la chasse aux galaxies cachées à l'apogée de la formation d'étoiles dans l'Univers : comment les galaxies se forment, grandissent et meurent-elles dans l'Univers primordial ? // Hunting for Hidden Galaxies at the Universe's Peak Star-Formation Epoch: Ho

Il y a près de 10 milliards d'années, l'Univers formait des étoiles à un rythme record. Les galaxies s'assemblaient, grossissaient et se transformaient à une vitesse que l'on n'observe plus aujourd'hui. Dans cette époque se cache un joyau rare : un groupe massif de galaxies à un décalage vers le rouge de 1,85, saisi en plein processus d'assemblage autour d'une galaxie centrale en flambée de formation d'étoiles.
Par un heureux hasard, la lumière émise par les atomes d'hydrogène de ce groupe (la raie Halpha, traceur direct des étoiles nouvellement formées) est décalée exactement à la bonne longueur d'onde pour l'un des filtres à bande étroite du JWST. Notre programme JWST accepté exploite cette coïncidence pour produire une carte panoramique, à haute résolution spatiale, des régions de formation d'étoiles de l'ensemble du groupe. Environ 100 galaxies en formation d'étoiles devraient être détectées, y compris des naines une centaine de fois moins massives que la Voie lactée, à une époque où de tels objets restent presque inexplorés.
Le ou la doctorant(e) analysera ces données inédites et abordera trois questions ouvertes :
1) Combien de petites galaxies un groupe contient-il ? Les simulations de matière noire froide prédisent beaucoup plus de petits satellites que ce que l'on observe dans l'Univers proche. Les dénombrer dans un groupe lointain offre un nouveau test de ce « problème des satellites manquants » et des modèles alternatifs de matière noire.
2) Comment les galaxies se construisent-elles ? Le JWST résout les gigantesques amas d'étoiles en formation au sein des galaxies, ce qui permettra de mesurer leur taux de formation et leur rôle dans la croissance galactique.
3) Comment les galaxies s'éteignent-elles ? L'étudiant(e) recherchera les signes du balayage par pression dynamique (« ram-pressure stripping »), c'est-à-dire l'arrachement du gaz d'une galaxie lorsqu'elle traverse le gaz chaud du groupe, au plus grand décalage vers le rouge jamais sondé.
Le ou la doctorant(e) travaillera avec des images et des spectres du JWST, se formera aux techniques d'analyse de données astronomiques les plus récentes et confrontera ses résultats à des simulations cosmologiques. Aucune expérience préalable du JWST n'est requise : la curiosité, la rigueur, des compétences en programmation (Python idéalement) et le goût des grandes questions comptent avant tout.
Il ou elle rejoindra une équipe de recherche dynamique à Paris, l'un des principaux pôles européens d'astrophysique extragalactique, avec la possibilité de collaborer à l'international, de participer à des conférences et de présenter ses propres découvertes.
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Nearly 10 billion years ago, the Universe was forming stars at its peak rate. Galaxies were assembling, growing and being transformed at a pace we no longer see today. Hidden in that era is a rare gem: a massive group of galaxies at redshift 1.85, caught in the act of building itself around a starbursting central galaxy.
By a stroke of luck, the light emitted by hydrogen atoms in this group (the Halpha line, a direct tracer of newborn stars) is shifted into exactly the right wavelength for one of JWST's narrow-band filters. Our accepted JWST program uses this to produce a panoramic, sharply resolved map of where stars are forming across the whole group. We expect to detect around 100 star-forming galaxies, including dwarfs about a hundred times less massive than the Milky Way, at a time when such objects are essentially unexplored.
The PhD student will analyse these brand-new data and tackle three open questions:
1) How many small galaxies does a group hold? Simulations of cold dark matter predict many more small satellites than we observe nearby. Counting them in a distant group offers a new test of this "Missing Satellite Problem" and of alternative dark-matter models.
2) How do galaxies build themselves? JWST can resolve giant star-forming clumps inside galaxies, making it possible to measure how often they form and how they shape galaxy growth.
3) How do galaxies get switched off? The student will search for signs of ram-pressure stripping, the removal of a galaxy's gas as it plunges through the hot intragroup medium, at the highest redshift ever probed.
The student will work with JWST imaging and spectroscopy, learn state-of-the-art techniques in astronomical data analysis, and confront the results with cosmological simulations. No prior JWST experience is needed. Curiosity, rigor, programming skills (Python is ideal) and a taste for big questions matter most.
The student will join a dynamic research team in Paris, one of Europe's leading centres for extragalactic astrophysics, with opportunities to collaborate internationally, attend conferences, and present their own discoveries.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Direction d’Astrophysique
Laboratoire : Laboratoire de Cosmologie et d’Evolution des Galaxies
Date de début souhaitée : 01-10-2027
Ecole doctorale : Astronomie et Astrophysique d’Île de France (ED A&A)
Directeur de thèse : DADDI Emanuele
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRFU/DAP/LCEG

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Service : Direction d’Astrophysique

Master 2 Astrophysique ou Physique