Simulations numeriques de modeles gaussiens et non-gaussiens de formation des galaxies
Résumé
I first model galaxy formation under the standard paradigm using constrained numerical simulations of the evolution of dark matter. I then falsify a competing scenario originally designed to favour an early epoch for galaxy formation. I analyze two large simulations of Cold Dark Matter cosmologies (LCDM and tCDM) with gaussian initial density fluctuations. The simulations mimic the Local Universe out to cz=8000 km/s. The galaxy populations are normalized with the local Tully-Fisher relation and the B-band luminosity function. Nearby massive clusters are reproduced in position and mass and some features of their brightest objects match the real cluster populations reasonably well. I then compare on larger scales the simulated distribution of galaxies to the PSCz and UZC catalogues : there is significant cross-correlation, proving the success of the whole set of numerical techniques, from the construction of the initial high-redshift density field to the semi-analytical model describing galaxy formation. Moreover, down to their luminosity resolution limit, the simulations show large voids which are completely bereft of DM halos or of any type of galaxies, in agreement with observations. At high redshift, the z=3 luminosity function is fainter than the data, but the models are still able to give qualitative insight into the properties and the spatial distribution of Lyman-Break galaxies, of QSO hosts, and of their descendants. As an alternative to the gaussian paradigm, I then consider the Isocurvature Cold Dark Matter (ICDM) model proposed by Peebles, where the initial DM density fluctuations are strongly positively skewed. I carry out two large simulations and verify simple z=0 analytical predictions. I find that the correlation lengths of massive clusters and the shape of the distribution of their peculiar velocities can falsify the model against the data. The ICDM model is also ruled out by recent measurements of the CMB anisotropies.
On etudie d'abord la formation des galaxies dans le cadre du modele standard en utilisant des simulations numeriques contraintes puis on invalide un schema concurrent ou l'assemblage des galaxies brillantes est a priori plus precoce. Deux grandes simulations de cosmologies CDM (LCDM et tCDM) avec des fluctuations de densite initiale gaussiennes sont analysees. Elles reproduisent l'Univers Local jusqu'a cz=8000 km/s. Les populations de galaxies sont normalisees avec la relation de Tully-Fisher et la fonction de luminosite locale en bande B. La position et la masse des principaux amas proches coincident et leurs plus brillantes galaxies montrent un accord raisonnable avec les populations reeles. On compare alors aux catalogues PSCz et UZC: la structure a grande echelle observee localement se retrouve, prouvant le succes de l'ensemble des techniques numeriques utilisees, de la contrainte du champ de densite initial au modele semi-analytique de formation des galaxies. De plus, jusqu'a leur limite de resolution, les simulations montrent de grands volumes vides de halos de DM et de tout type de galaxies, en accord avec les observations. La fonction de luminosite simulee a z=3 est plus faible que les donnees, mais les modeles sont suffisants pour donner un apercu des proprietes et de la repartition spatiale des Galaxies Lyman Break, des hotes de QSO, et de leurs descendants a z=0. Enfin, on considere le modele isocourbure avec matiere noire froide (ICDM) propose par Peebles : les fluctuations initiales de densite de DM y sont fortement non-gaussienne. On effectue deux simulations de cotes respectifs 600 et 162 Mpc/h. On confirme des predictions analytiques simples a z=0 et on trouve que les longueurs de correlation des amas et la forme de la distribution de leurs vitesses propres permettent d'invalider ce modele sur la base des donnees actuelles. Il est aussi exclu par des mesures recentes des anisotropies du CMB.