Description du projet
Une approche multi-échelle permet d’expliquer la formation des galaxies avec une grande précision
La rétroaction baryonique est l’un des concepts les plus importants pour parvenir à une compréhension précise de la formation des galaxies. Elle vise à contraindre la physique et les paramètres qui ont déterminé la structure de notre Univers sur des échelles de temps cosmologiques, et à identifier les processus essentiels à la formation des étoiles et des galaxies. Il s’agit notamment de la rétroaction des supernovae, des noyaux galactiques actifs ou des processus liés à la matière noire. À petite échelle, la rétroaction baryonique nécessite une meilleure compréhension de la physique des plasmas des processus de transport induits par les électrons et les rayons cosmiques, mais les simulations actuelles les négligent souvent ou les simplifient à l’excès. Le projet PICOGAL, financé par l’UE, utilisera une approche de simulation multi-échelle pour atteindre une précision satisfaisante lorsqu’il s’agit de décrire la formation et l’évolution de nos structures cosmologiques à grande échelle.
Objectif
In the modern picture of galaxy formation, baryonic feedback is critical for shaping galaxies and regulating star formation. On small scales, feedback results from transporting momentum, radiation, thermal and relativistic particles but current-day magneto-hydrodynamic simulations of galaxies and galaxy clusters often neglect or over-simplify these transport processes. Electrons transport heat and cosmic rays exchange momentum and energy with the thermal plasma but both species are erroneously assumed to diffuse along magnetic field lines. However, this is in conflict with the latest plasma simulations and observations in the solar wind and of the galactic center, which imply efficient wave-particle scatterings so that the electrons and cosmic rays are advected with whistler and Alfvén waves, respectively. We propose a coordinated multi-scale approach that combines plasma kinetic and global fluid models of particle acceleration and transport in galaxies and galaxy clusters with unprecedented accuracy. In particular, we will run novel plasma simulations of shocks at supernovae and galaxy clusters, and study the plasma-wave mediated transport of electrons and cosmic rays. We will employ information field theory to coarse grain these models to derive effective transport coefficients, which will be implemented in macroscopic fluid models of cosmic ray transport and thermal conduction. Simulating feedback by cosmic rays, radiation and supernovae in cosmologically forming galaxies on scales from dwarfs to our Milky Way provides transformative changes of the physics accuracy of these models. This is complemented by cosmological galaxy cluster simulations with improved physics to understand the origin of the cluster-core bimodality, giant radio relics and halos. Comparing mock multi-frequency observables from radio to gamma-rays to data enables falsification or validation of the underlying plasma models and represents a major step towards predictive galaxy formation.
Champ scientifique
Programme(s)
Thème(s)
Régime de financement
ERC-ADG - Advanced GrantInstitution d’accueil
14482 Potsdam
Allemagne