Cosmologie et astrophysique

Formation des structures et des galaxies

De faibles fluctuations de densité dans l’Univers primordial croissent sous l’effet de la gravité ; la matière noire crée des puits gravitationnels où le gaz se rassemble pour former des galaxies。

De faibles fluctuations de densité dans l’Univers primordial croissent sous l’effet de la gravité ; la matière noire crée des puits gravitationnels où le gaz se rassemble pour former des galaxies。

Modèle et observations

δ est le contraste de densité. La gravité amplifie les régions légèrement plus denses que la moyenne ; le gaz peut se refroidir et tomber dans les halos de matière noire, où naissent les étoiles。

Une perturbation de contraste $\delta=(\rho-\bar\rho)/\bar\rho$ croît linéairement tant que $|\delta|\ll1$. Pendant la domination de la matière, les perturbations sous l’horizon croissent approximativement comme le facteur d’échelle $a$ ; lorsque $\delta$ devient de l’ordre de l’unité, la théorie linéaire échoue et les régions surdenses s’effondrent en halos. Ceux-ci s’assemblent de façon hiérarchique, tandis que le gaz baryonique rayonne son énergie, se refroidit et forme des étoiles. Les simulations à $N$ corps suivent la matière sans collision ; les modèles hydrodynamiques incluent aussi refroidissement et rétroaction stellaire.

Les fluctuations de température du CMB, d’environ $10^{-5}$, révèlent l’amplitude initiale des perturbations primordiales ; lentilles gravitationnelles et relevés de galaxies testent leur croissance ultérieure. Le spectre de puissance de la matière présente une transition et des signatures acoustiques baryoniques, les masses des halos ne sont donc pas distribuées au hasard. Comparer structures observées et prédictions teste conjointement gravité, candidats à la matière noire et rétroaction des étoiles et trous noirs. Un désaccord aux petites échelles ne réfute pas automatiquement le modèle standard : biais de sélection, physique du gaz et prescriptions sous-maille doivent être évalués.

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