Parmi les programmes complémentaires d’observation, nous avons, comme in-diqué auparavant, une étude préliminaire concernant la cinématique du gaz neutre dans deux galaxies, Haro 11 et ESO 338-IG04. A l’aide du système multi-fibre IFU (Integral Field Unit) de FLAMES sur le VLT, nous allons examiner les variations spatiales de la cinématique du gaz froid en observant le doublet de sodium Na i. Avec les informations accumulées au chapitre 2, ce paramètre sera d’une grande im-portance pour confirmer les scénarios envisagés quant à la régulation de l’émission Lyα à petite échelle. Dans le même ordre d’idées, nous allons entreprendre un suivi spectroscopique de notre échantillon de LAEs GALEX pour déterminer la vitesse du milieu interstellaire de ces objets. On utilisera la spectroscopie optique pour exa-miner la raie Na D, ou bien encore la spectroscopie UV à l’aide de COS Cosmic Origins Spectrograph, fraîchement installé sur le HST afin de mesurer le décalage en vitesse des raies interstellaires. Etant donnée la portée cosmologique de notre étude sur cet échantillon de LAEs à z ∼ 0.3, cette détermination constituera une grande étape encore dans la quête d’une maîtrise quantitative de fesc(Lyα). Sur ces différents programmes, le succès et la richesse de mes collaborations passées et présentes garantissent un futur plus que prometteur avec l’IAP (D. Kunth et al.), l’observatoire de Genève ( D. Schaerer, A. Verhamme et M. Hayes), l’observatoire de Stockholm (Göran Östlin), l’observatoire de Madrid (J.M. Mas-Hesse), le STScI (C. Leitherer) et bien d’autres.
Il est difficile de ne pas revenir ici sur la cure de jouvence offerte au HST. La dernière mission de réparation SM4, que nous avons fiévreusement suivie, à été un succès total. Les astronautes ont placé une nouvelle caméra panchromatique
avec des performances sans précédant WFC3 (Wide Field Camera 3 ), un nouveau spectrographe ultra-sensible COS, et réparé la caméra ACS et le spectrographe STIS. Cet nouvel arsenal instrumental va offrir des capacités observationnelles encore jamais atteintes, et on est pris d’un enthousiasme assez unique à la pensée des confins de l’Univers désormais accessibles. On fera bien plus que “patienter” jusqu’au JWST (James Webb Space Telescope).
Dans le cadre de mon post-doctorat, je vais travailler au sein de l’équipe de Harry Tepliz à Caltech, sur la formation et l’évolution des galaxies les plus jeunes à travers une large gamme de redshift en utilisant principalement les raies d’émission. Un “large programme” a déjà été accepté pour observer les galaxies à grand z à l’aide de WFC3. Exploitant le mode spectroscopique sans fentes, nous allons pouvoir explorer les galaxies sur une très large gamme de redshift allant de la fin de l’époque de la réionisation à z ∼ 6 jusqu’aux galaxies évoluées à z ∼ 0.5. La recherche de candidats Lyα à z >
∼ 5.5 permettra de contraindre la fonction de luminosité, encore sujette à débats, pour savoir non seulement comment les jeunes galaxies évoluent, mais aussi l’impact de milieu intergalactique sur la LF. Une variation importante de LF(Lyα) à grand z serait synonyme d’une époque où l’Univers n’a pas encore été totalement réionisé. Grâce à la détection de LAEs entre z ∼ 3 et 6, la fonction de luminosité précise des LAEs pourra être comparée à celle des LBGs à des redshifts similaires et conclure sur son évolution éventuelle et sur la différence, si elle existe, entre ces deux populations, à l’image de notre analyse à z ∼ 3
Par ailleurs, ce mode spectroscopique nous donne accès à plusieurs raies d’émis-sion, Lyα, Hα, Hβ, [Oii], [Oii], ce qui permettra la première détermination de l’ex-tinction nébulaire dans des galaxies à ces distances cosmologiques, et en déduire l’évolution de la quantité de poussière avec z. On pourra de même estimer la métal-licité pour étudier l’évolution masse-métalmétal-licité ou extinction-métalmétal-licité. De plus, la combinaison des réseaux utilisés offrira la possibilité de détecter des candidats potentiels jusqu’à z ∼ 8, ce qui serait un record, et aurait des implications impor-tantes sur la phase de réionisation cosmologique ainsi que la formation des galaxies primordiales.
Identifier les sources et l’époque de réionisation est l’un des enjeux majeurs de la cosmologie, et la raie Lyα ainsi que le continu Lyman tiennent le premier rôle. A cet égard, plusieurs questions restent à clarifier aujourd’hui. En particulier, quelle est la contribution relative des QSOs et des galaxies au rayonnement ionisant, et comment évolue-t-elle avec le redshift ? L’identification du principal responsable de la réioni-sation passe par la détermination de la fraction d’échappement du flux Lyman. Un projet avec Alice Shapley et collaborateurs à UCLA, consistera à comparer le com-portement (fesc) du continu Lyman et de la raie Lyα et de modéliser la distribution spatiale de ces deux émissions dans les observations de galaxies à z ∼ 3. L’étude du profil de la raie Lyα sera également d’une utilité certaine dans l’investigation du milieu intergalactique. Dans un environnement aussi stimulant que Caltech, avec des organismes de recherche très importants à proximité, l’interaction avec d’autres groupe de recherche est déjà entamée. C’est le cas en particulier du groupe de Crystal Martin à UCSB qui travaillent sur l’action des vents galactiques et les effets d’envi-ronnement (dans les groupes de galaxies) sur l’évolution des galaxies, la régulation du taux de formation stellaire ou bien encore la réionisation.
Enfin, l’étude de la formation des galaxies sera servie, dans un futur proche, par une véritable “machine Lyα”. MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer), ins-trument de seconde génération qui sera installé sur le VLT, va combiner, dans le domaine optique, l’avantage du large champ de vue typique des observations en imagerie (1 × 1 arcmin2) à une grande résolution spectroscopique et spatiale à l’aide de l’optique adaptative. Ces aptitudes uniques permettront de détecter simultané-ment un grand nombre galaxies primordiales à z ∼ 6 grâce à l’émission Lyα, et à caractériser leurs propriétés à la faveur d’un profil Lyα résolu, et d’étudier plus efficacement l’évolution de la fonction de luminosité. Parallèlement, on pourra éga-lement examiner les variations spatiales de la cinématique du gaz neutre dans les galaxies à redshift intermédiaire. Des collaborations dans ce sens, et afin de préparer les premières observations de MUSE sont envisagées avec le groupe de l’observatoire de Lyon qui pilote ce projet européen.
La raie de recombinaison Lyα a servi pendant des décennies l’astrophysique et la cosmologie observationnelle. Elle est aujourd’hui incontestablement un des outils les plus précieux pour étudier les premières galaxies formées dans l’Univers et comment elles ont pu évoluer. La meilleure preuve étant la pléthore de projets égrainés ci-dessus et ceux à venir. Cet intérêt est loin de s’atténuer, puisqu’avec l’avènement d’instruments de nouvelle génération tels que le JWST, Lyα restera la raie la plus efficace dans les expéditions observationnelles à grand redshift. Un avenir qui légitime plus que jamais notre intérêt pour cet outil cosmologique.
6.3 Journaux à comité de lecture
• Hakim Atek, Daniel Schaerer, Daniel Kunth, Jean Michel Deharveng, “ Lyα physics evolution across redshift”, A&A, en préparation.
• Hakim Atek, Daniel Kunth, Daniel Schaerer, Jean-Michel Deharveng, Mat-thew Hayes, Göran Östlin, J. Miguel Mas-Hesse, “Empirical estimate of Lyα escape fraction in a statistical sample of Lyα emitters”, 2009, A&A, 506, L1 • Hakim Atek, Daniel Schaerer, Daniel Kunth, “ Origin of Lyα absorption in
nearby starbursts and implications for other galaxies ”, 2009, A&A, 502, 791 • Hakim Atek, Daniel Kunth, Matthew Hayes, Göran Östlin, J. Miguel
Mas-Hesse, “ On the Detectability of Lyα Emission in Star-forming Galaxies : The Role of Dust ”, A&A, 488, 491
• Anne Verhamme, Daniel Schaerer, Hakim Atek, Christian Tapken, “3D Lyα radiation transfer. III. Constraints on gas and stellar properties of z ∼ 3 Lyman break galaxies (LBG) and implications for high-z LBGs and Lyman-alpha emitters(LAEs) ”, 2008, A&A, 491, 89
• Matthew Hayes, Göran Östlin, Hakim Atek, Daniel Kunth, J. Miguel Mas-Hesse, Claus Leitherer, Elena Jimenez-Bailon, Angela Adamo, “ The escape of Lyman photons from a young starburst : the case of Haro 11 ”, 2007, MNRAS, 382, 1465
• Göran Östlin, Matthew Hayes, Daniel Kunth, J. Miguel Mas-Hesse, Claus Leitherer, Artashes Petrosian, Hakim Atek, “ The Lyman alpha morphology of local starburst galaxies : release of calibrated images ”, 2009, AJ, 138, 923