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Le 21cm dans l’Univers Lointain
Grandes structures – Emission / AbsorptionSKA
Patrick PetitjeanOSU Institut d’Astrophysique de Paris
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Overall Picture
• The gas -> Structures
• Neutral Hydrogen
« Same » as Ly-alpha
Temperature
• Emission -> Masse de HI
•Absorption -> BG source
Colombi et al. (2005)
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Ly-Ly- C IV
Metals
Absorption
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The Third Dimension
•Correlations
Along the los -> Big Sample
Transverse -> Pairs or groups
Or complex radio source
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Damped Ly-α Systems
Metals :
-> Metallicities
-> Dust content
-> Kinematics
Molecules H2 :
-> Density/Temperature
-> UV flux
Star- Formation ?
Winds ?
HI :
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DLA at z=2.09 towards Q0458-02
logNHI = 21.7 - Ly-alpha in emission – CII* very strong
[Zn/H]=-1.22 [Fe/Zn]=-0.65
Heinmüller et al. (2005) astro-ph
DLA Lya
Wind ?
SFR : Ly- emission : 1.6 Ms/yr
Consistent with CII*
No H2 : UVBG 10x+/Galaxy
Winds are slow…
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21cm absorption at GMRT from DLAs
•Gaz froid
•Etude de l’excitation (temperature, radiation background)
•Structure spatiale du milieu si source radio étendue
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Simulation : Radio-source at z=10
•The structure of the IGM around reionization
•Proto-objects
•Pb : back-ground source : prediction is 1 radio-source per square degree at z>6 with S>6mJy at 150 Mhz
•Combinaison ELT ?
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Masses accessibles en émission
Masses de HI importantes => reionizationCarilli et al. 2005
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Temperature
x(HI) (1 + z)3/2 / Ts
Neutral fraction Overdensity Spin temperature
Low temperature and high neutral fraction => Close to reionization
Tb = (Ts – Tcmb) z)
Absorption ou emission suivant Ts vs Tcmb
Couplage: CMB (Tcmb) + Collisions (TK) + Lya scattering
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Temperature History
Ts=Tcmb
Except z>100 ?
Inhomogeneities
Rien
Lya scattering
Absorption
Chauffage
Emission
Plus de HI
Rien
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Signal sur tout le ciel
Gnedin et Shaver, 2004
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EmissionCartographie des structures
•Tomographie of the IGM during reionization
•Negative brightness of 20mK; scales 2 arcmin
•Tomography with SKA
Furlanetto et al. 2004
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Conclusion
• Emission : Reionization
- All sky : evolution with z of the reionization signature
- Tomography
• Absorption : background radio-source
- Physical state of the gas (combinaison ELT ?)
- Correlations
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Byproduct:PSS J1443+2724 Molecules at z=4.224
Température du CMB
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Transverse Correlation in the Lyman-α forest and the metals
Longitudinal : Large Programme ESO : 20 LOS UVES R=45000 S/N=40-100
Transverse : 33 pairs 1-3 arcmin observed with FORS - z ~ 2.1
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Variation de la constante de structure fine
obs <-> rest/labo <->
Fit of UVES high SNR data
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Variation du rapport μ=me/mp
•Mesure de la position de raies de H2 % laboratoire
•Ecart α KΔμ
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Conclusions
* Le gaz dans l’univers observé au travers de raies d’absorption
• Lien entre le gaz et les galaxies -> Propriétés du gaz dans les disques
Contenu chimique et moléculaire
Lien avec la formation d’étoiles
Vents galactique
• Structure du milieu intergalactique à grandes échelles
• Byproducts : Mesure de la température du CMB à grand z
Contraindre la variation des constantes fondamentales
de la physique
-> X-shooter au VLT en 2007 + GRBs