Le 21cm dans l’Univers Lointain

Grandes structures – Emission / AbsorptionSKA

Patrick PetitjeanOSU Institut d’Astrophysique de Paris

Overall Picture

• The gas -> Structures

• Neutral Hydrogen

« Same » as Ly-alpha

Temperature

• Emission -> Masse de HI

•Absorption -> BG source

Colombi et al. (2005)

Ly-Ly- C IV

Metals

Absorption

The Third Dimension

•Correlations

Along the los -> Big Sample

Transverse -> Pairs or groups

Or complex radio source

Damped Ly-α Systems

Metals :

-> Metallicities

-> Dust content

-> Kinematics

Molecules H2 :

-> Density/Temperature

-> UV flux

Star- Formation ?

Winds ?

HI :

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…

21cm absorption at GMRT from DLAs

•Gaz froid

•Etude de l’excitation (temperature, radiation background)

•Structure spatiale du milieu si source radio étendue

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 ?

Masses accessibles en émission

Masses de HI importantes => reionizationCarilli et al. 2005

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

Temperature History

Ts=Tcmb

Except z>100 ?

Inhomogeneities

Rien

Lya scattering

Absorption

Chauffage

Emission

Plus de HI

Rien

Signal sur tout le ciel

Gnedin et Shaver, 2004

EmissionCartographie des structures

•Tomographie of the IGM during reionization

•Negative brightness of 20mK; scales 2 arcmin

•Tomography with SKA

Furlanetto et al. 2004

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

Byproduct:PSS J1443+2724 Molecules at z=4.224

Température du CMB

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

Variation de la constante de structure fine

obs <-> rest/labo <->

Fit of UVES high SNR data

Variation du rapport μ=me/mp

•Mesure de la position de raies de H2 % laboratoire

•Ecart α KΔμ

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

petitjean@iap.fr