La formation et de l'évolution des premières galaxies avec le JWST

Les premiers stades de la formation et de l'évolution des galaxies figurent parmi les questions les plus intrigantes de l'astrophysique moderne. Cette recherche se concentre sur les rôles critiques des mécanismes de rétroaction et du cycle des baryons au cours des époques primordiales de l'Univers. Pour appréhender la croissance des galaxies dans le cadre du modèle ΛCDM, l'intégration de processus régulateurs comme la rétroaction stellaire est essentielle. Ceci est particulièrement pertinent pour les galaxies de faible masse, où les observations indiquent une conversion très inefficace du gaz en étoiles. Avant l'avènement du JWST, les contraintes observationnelles directes sur les galaxies précoces de faible masse à haut redshift étaient considérablement limitées. Répondre aux questions fondamentales concernant l'émergence des premières structures lumineuses et leur contribution à la réionisation du milieu intergalactique est crucial pour notre compréhension de l'Univers. Ce travail exploite la sensibilité exceptionnelle et les capacités avancées du JWST, notamment via l'effet de lentille gravitationnelle des amas de galaxies d'avant-plan. Ce "télescope cosmique" naturel amplifie la lumière de galaxies d'arrière-plan faibles et extrêmement éloignées, les rendant détectables. Dans le premier projet, nous avons analysé la fonction de luminosité UV (UVLF) des galaxies à haut redshift en utilisant les données d'imagerie NIRCam du JWST. L'étude confirme une abondance inattendue de galaxies intrinsèquement brillantes à ces époques et étend les contraintes UVLF jusqu'à son extrémité ultra-faible, révélant une évolution minimale de la pente. La densité du taux de formation d'étoiles cosmique (SFRD) dérivée suggère une production plus efficace de photons UV par les galaxies les moins lumineuses que précédemment estimé, contribuant substantiellement au budget total de formation d'étoiles de l'Univers précoce. Le second projet a exploré l'enrichissement chimique des galaxies précoces (z=6−8) via la spectroscopie NIRSpec. Nos mesures de la métallicité en phase gazeuse révèlent des métallicités très faibles dans ces systèmes lointains de faible masse (une fraction infime de la métallicité solaire). Un décalage significatif dans la normalisation de la relation masse-métallicité (MZR) est observé par rapport aux extrapolations de plus faible redshift, confirmant sa forte évolution. De plus, ces galaxies de faible masse affichent des taux de formation d'étoiles élevés à masse stellaire fixe, indiquant des "flambées" récentes et la prévalence des histoires de formation d'étoiles stochastiques dans les premières galaxies naines. Dans l'ensemble, les résultats détaillés de cette thèse remettent en question les modèles existants de formation et d'évolution des galaxies. Ils soulignent l'interaction complexe des mécanismes de rétroaction stellaire, des processus d'accrétion de gaz et de la nature stochastique de la formation d'étoiles dans la croissance et les propriétés des galaxies primordiales. Ce travail met en évidence l'importance primordiale des futures observations synergiques pour percer les mystères de l'aube cosmique, de la réionisation et des détails complexes du cycle des baryons dans l'Univers primitif.