ETUDE MULTI-ECHELLES DES PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES FILAMENTS ET BULLES FORMANT LES ÉTOILES : OBSERVATIONS DE L’INFRAROUGE AU DOMAINE MILLIMÉTRIQUE ET COMPARAISON AUX SIMULATIONS NUMÉRIQUES // MULTI-SCALE STUDY OF THE PHYSICAL PROPERTIES OF STAR-FORMING DEN

Le projet de thèse proposé s’inscrit dans le cadre de l’exploitation scientifique des données issues des missions spatiales JWST, Herschel et Planck, ainsi que de la préparation de la future mission PRIMA. Il vise à améliorer notre compréhension de la croissance complexe des structures qui conduit à la formation d'étoiles dans le milieu interstellaire froid des galaxies.
Deux questions fondamentales se posent : 1) la régulation de l'efficacité de la formation d'étoiles (SFE) dans les nuages moléculaires géants (GMCs) des galaxies et 2) l’origine de la distribution des masses stellaires ou « fonction de masse initiale » (IMF).
Pour progresser sur ces questions clés, le projet s’appuiera notamment sur :
1) des observations à haute résolution angulaire avec l’instrument MIRI sur le télescope spatial JWST, ainsi que des observations submillimétriques complémentaires avec ALMA, Herschel et la caméra submm ArTéMiS (ainsi que sa prochaine voie polarimétrique POLARYS), développée au CEA/Irfu ;
2) des observations millimétriques de suivi sur la cinématique du gaz par les raies moléculaires avec les radio-télescopes de l’IRAM, APEX, ALMA, d’une part, et du champ magnétique par l’émission polarisée des poussières en combinant les données du satellite Planck avec celles du nouveau polarimètre NIKA2-Pol sur le télescope de 30m de l’IRAM, d’autre part ;
3) des comparaisons à des simulations 3D de pointe (MHD non idéale) de filaments se formant à la surface de bulles interstellaires.
L’ambition ultime du projet est d’aboutir à une compréhension plus complète, fondée sur l’observation, de la formation stellaire galactique, allant des processus de formation et d’évolution des grandes structures filamentaires au sein desquelles se forment les étoiles dans les nuages moléculaires jusqu’à la formation de systèmes solaires individuels aux plus petites échelles.

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The proposed PhD project falls within the context of the scientific exploitation of data from the JWST, Herschel, and Planck space missions, as well as the preparation for the future PRIMA mission. It aims to improve our understanding of the complex growth of structures leading to star formation in the cold interstellar medium of galaxies.
Two fundamental, highly debated issues concern: 1) what regulates the star formation efficiency (SFE) in giant molecular clouds (GMCs), and 2) what sets the distribution of stellar masses at birth or « initial mass function » (IMF). To make decisive progress on these issues, the project will make use of:
1) High-angular resolution observations with the MIRI instrument on the JWST space telescope, as well as complementary submillimeter observations with ALMA, Herschel, and the ArTéMiS submillimeter camera (to be upgraded soon into the submm polarimetric imager POLARYS), developed at CEA/Irfu;
2) Millimeter-wave follow-up observations of gas kinematics via molecular lines using the IRAM, APEX, and ALMA radio telescopes, on the one hand, and of the magnetic field via polarized dust emission by combining data from the Planck satellite with those from the new NIKA2-Pol polarimeter on the IRAM 30m telescope, on the other hand;
3) Comparisons with state-of-the-art 3D simulations (non-ideal MHD) of filaments forming on the surface of interstellar bubbles.
Ultimately, the ambition of the project is to achieve a more complete, observationally-based understanding of galactic star formation, from the processes of formation and evolution of large filamentary structures within which stars form in molecular clouds, to the formation of individual solar systems at the smallest scales.
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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 d’études de la formation des étoiles et du milieu interstellaire
Date de début souhaitée : 01-10-2027
Ecole doctorale : Astronomie et Astrophysique d’Île de France (ED A&A)
Directeur de thèse : ANDRÉ Philippe
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF/IRFU/DAp/LFEMI
URL : https://irfu.cea.fr/dap/le-departement-d-astrophysique-umr-aim-dap/
URL : https://sites.google.com/view/artemis-apex-caffeine

Financement public/privé

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

Master 2 d'une école doctorale d'astronomie et/ou d'astrophysique