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Early Giants in Context: How could Galaxies Grow so Rapidly in the First Billion Years?

Description du projet

De nouveaux indices sur la formation des galaxies au cours des premiers milliards d’années de l’univers

Le premier milliard d’années de l’univers a été une période de formation rapide des galaxies, mais le fulgurant développement de ces galaxies demeure un mystère. Les observations du télescope spatial James Webb (JWST) suggèrent que les premières galaxies étaient étonnamment massives et qu’elles ont évolué rapidement, ce qui remet en question les modèles actuels d’évolution des galaxies. Pour comprendre cette croissance rapide, le projet FIRST-GIANTS, financé par le CER, se propose d’analyser les spectres de haute qualité du JWST, en concentrant ses recherches sur les premières galaxies massives. Les chercheurs combineront des modèles cinématiques avancés et des modèles de population stellaire pour déterminer la masse des galaxies, leurs structures, l’histoire de la formation des étoiles et le rôle des noyaux actifs de galaxie. Ils intégreront ces résultats dans les modèles cosmologiques afin comprendre l’assemblage des galaxies dans des halos de matière noire et comment la formation des étoiles a été régulée.

Objectif

The James Webb Space Telescope (JWST) has revealed that galaxies in the first billion years of the Universe are maturing surprisingly fast. Massive galaxies outnumber predictions, appear to have high stellar mass densities, host massive black holes and in some cases disky morphologies.
Understanding this rapid assembly is crucial: the abundance of early massive galaxies would pose a major challenge for current galaxy formation models in the ΛCDM framework. However, these results remain contentious, as they are primarily based on broad-band photometric samples, interpreted with stellar population models that were calibrated in the local Universe. The masses, nature and space density of the candidate massive galaxies therefore are highly uncertain.
To determine how galaxies could grow so rapidly requires a comprehensive approach: high-quality spectra for a large set of candidate massive galaxies, combined with novel modelling to obtain dynamical masses, robust stellar masses and star formation histories, and to identify active galactic nuclei (AGN). As PI of a large ongoing spectroscopic JWST program, I have obtained the first spectra that reveal early massive galaxies in unprecedented detail, along with a broader ‘context sample’ of several thousand galaxies. I have developed the necessary kinematic modelling tools to get dynamical masses of early galaxies, and have tailored stellar population models in place.
We will robustly constrain the abundance of massive galaxies in the first billion years, their masses, structures and star formation histories, and AGN duty cycle. We will embed these results in the context of cosmological galaxy formation models. We can then determine how galaxy assembly took place in dark matter haloes, constrain the star formation efficiency, and answer how star formation was regulated in early galaxies. This proposal presents a breakthrough in our understanding of the first billion years, setting a new benchmark for galaxy formation models.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2025-STG

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Institution d’accueil

MAX-PLANCK-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER WISSENSCHAFTEN EV
Contribution nette de l'UE
€ 1 498 750,00
Coût total
€ 1 498 750,00

Bénéficiaires (1)