Comprendre la façon dont les galaxies naissent, forment leurs étoiles et évoluent demande de suivre l'interaction non-linéaire d'un ensemble de processus physiques multi-échelles sur plusieurs milliards d'années.
Au cours de la dernière décennie, les progrès des simulations numériques ont permis de décrire avec succès l'évolution d'une large population de galaxies au cours de l'histoire de l'Univers, donnant lieu à plusieurs grandes campagnes de simulations cosmologiques hydrodynamiques (Horizon-AGN, Illustris, EAGLE) dans lesquelles la communauté française est très impliquée. Ces simulations reposent toutes sur un traitement approximatifs des processus propres au milieu interstellaire (formation stellaire, feedback des AGN, etc) et externes aux galaxies (réionisation), limités à la fois par la résolution de ces simulations et par leur coût en termes de temps de calcul.
En parallèle de l'analyse scientifique de ces simulations, de nombreux progrès ont été réalisés à l'aide de simulations dédiées, visant à raffiner et calibrer les modèles physiques internes, ou implémentant de nouveaux ingrédients physiques précédemment non traités (rayonnement, rayons cosmiques, etc). Les codes numériques eux-mêmes nécessitent d'être repensés ou adaptés pour tirer profit au mieux des nouvelles infrastructures de calcul comme les fermes de GPU installées dans les grands centres de calcul
Ces progrès ont ouvert la voie à une nouvelle génération de grandes simulations cosmologiques, qui pour la première fois commencent à décrire les échelles interstellaires. Par exemple, la simulation Sphinx est l'une des première à pouvoir décrire sur un échantillon statistique de galaxies naines responsable de la réionisation. De même, New Horizon est parmi les premières simulations à résoudre dans un volume cosmologique la structure interne des galaxies. Les développements des codes GPU ont permis à la simulation CODA de décrire la réionisation à grande échelle. Naturellement, ces simulations font là encore face à de nombreuses limitations : il est par exemple toujours impossible de décrire les échelles de la formation d'étoiles dans un volume d'Univers suffisant pour être comparé aux grands relevés cosmologiques à venir.
Avec cet atelier, nous souhaitons rassembler la communauté française impliquée dans le développement et l'analyse des simulations numériques de formation des galaxies et de leurs étoiles afin de faire l'état des lieux des progrès actuels et de discuter des perspectives à venir dans les prochaines années. En particulier, le but de l'atelier est de discuter des grandes questions suivantes :
- Quelles sont les perspectives en ce qui concerne le développement de simulations plus coûteuses numériquement ? Comment les simulations peuvent-elles bénéficier des avancées en machine learning , et comment tirer parti des machines exa-scale à venir ?
- Quels sont les derniers développements dans la modélisation de la physique de la formation des galaxies et de leurs étoiles, et quels progrès permettent-ils ?
- Comment comparer ces modèles aux observations pour les tester et utiliser leur pouvoir prédictif dans la prochaine génération de relevés ?
L'atelier inclura une combinaison de présentations invitées (20-30 minutes), de contributions orales courtes (10-15 minutes) par la communauté, et d'un temps dédié aux discussions.
Présentations invitées:
- Nouvelles générations de codes et d'infrastructures (TBD)
- Modèles physiques : Patrick Hennebelle
- Comparaison aux observations: Clotilde Laigle
