Thèse les Amas de Galaxies avec Jwst pour Contraindre la Nature de la Matière Noire H/F - 31

Établissement : Université de Toulouse
École doctorale : SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace
Laboratoire de recherche : IRAP - Institut de Recherche en Astrophysique et Planetologie
Direction de la thèse : Mathilde JAUZAC ORCID 0000000319748732
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59

La matière noire est l'un des constituants les plus mystérieux de notre Univers et représente jusqu'à 80 % de son contenu en matière. La plupart des théories de physique des particules prédisent que la matière noire interagit si faiblement avec les particules du Modèle standard qu'elle restera fondamentalement indétectable dans des expériences terrestres. Si cela est correct, la matière noire ne peut être étudiée que là où elle s'accumule en quantités suffisantes pour que sa gravité affecte des objets observables. Dans le cadre de ce projet de doctorat, nous suivrons le comportement de la matière noire dans les amas de galaxies (les structures observables les plus massives de l'Univers), afin de contraindre ses propriétés physiques.

Différents modèles de matière noire formulent des prédictions testables différentes quant au taux d'assemblage des structures, par rapport au modèle standard de matière noire froide (CDM). Par exemple, la matière noire tiède (WDM) inhibe l'ensemencement initial des structures de matière noire dans l'Univers primordial, tandis que la matière noire auto-interagissante (SIDM) prédit des interactions entre particules de matière noire à des époques tardives, empêchant les régions les plus denses de croître.

Les amas de galaxies constituent des laboratoires idéaux pour étudier ses propriétés, car ils sont encore en cours de formation par des fusions de plus petits amas et de groupes de galaxies, communément appelés sous-structures, et chaque fusion agit comme un gigantesque collisionneur de particules.

Le découplage des baryons (étoiles et gaz) et de la matière noire lors des fusions impliquant des sous-structures massives fournit une contrainte importante sur les forces non gravitationnelles agissant sur les particules de matière noire. Dans le cadre du modèle SIDM, on s'attend à des variations de quelques pourcents (entre 3 et 5 %) des densités stellaires et gazeuses des sous-structures par rapport au modèle CDM, ainsi qu'à des forces de friction provoquant une séparation progressive de la matière noire vis-à-vis des étoiles et du gaz.

Dans ce projet, on suivra de manière indépendante les composantes de matière noire, stellaires et gazeuses dans des amas massifs, en cartographiant leurs distributions, en mesurant leurs masses et en identifiant d'éventuelles différences ou similitudes (pics de distribution, quantités, etc.). Pour cela, on exploitera des observations issues du programme d'observation SLICE, un grand relevé du James Webb Space Telescope comprenant 124 amas de galaxies observé avec NIRCam, ainsi que des observations spectroscopiques de suivi réalisées avec le plus grand télescope terrestre (le VLT). Les observations SLICE ont été conçues pour cartographier la matière noire des amas grâce à l'effet de 'lentille gravitationnelle', qui déforme et amplifie la lumière émise par des objets situés derrière l'amas. Les résultats obtenus seront interprétés dans le cadre théorique des simulations cosmologiques de dernière génération.

Participation à la collaboration JWST/SLICE