Situation et les objectifs scientifiques

Le modèle standard actuel de formation des galaxies traverse une crise: on s'attend à ce que la matière noire collapse au centre des galaxies, les baryons perdent leur moment cinétique par frottement dynamique avec la matière noire, et chaque halo de galaxie doit être entouré par des milliers de satellites invisibles de matière noire. Plusieurs questions émanent des observations dont les réponses se font attendre. Est-ce que les processus physiques baryoniques (étoile formation, le feedback, noyaux actifs de galaxies ..) sont capables de modifier suffisamment la distribution de la matière noire, et de résoudre les différents problèmes résiduels ? Les galaxies massives forment la plupart de leurs étoiles très tôt, tandis que les flambées de formation d’étoiles que l’on observe se produisent principalement dans les galaxies naines ; est-ce incompatible avec le scénario hiérarchique? 
Les observations directes à grand décalage spectral, et les simulations numériques nous ont permis de faire de grands progrès individuels ces dernières années. Une meilleure cohésion devrait nous apporter les solutions aux problèmes émergents.

D’abord comme prédiction de la relativité générale, les lentilles gravitationnelles sont devenues aujourd’hui un outil précieux en astronomie.  Lorsqu’elles sont dites fortes, elles agissent tel un télescope providentiel, car elles amplifient suffisamment l’image des galaxies lointaines et faibles permettant ainsi leur détection. Lorsqu’elles sont faibles, elles peuvent êtres utilisées dans des études statistiques pour établir une cartographie de la distribution des sources gravitationnelles dans l’univers. C’est un outil fort utile pour la détermination spatiale de la matière noire. Nombreux sont les problèmes fondamentaux non encore résolus auxquels l’utilisation des lentilles gravitationnelles pourra apporter des éclaircissements. Par exemple, l’équation d’état de l’énergie noire est aujourd’hui au centre des débats, car elle permettra la détermination des paramètres cosmologiques, ou encore la nature des premières galaxies, ce qui requière une étude à haute résolution. Les catalogues issus de sondages profonds à haute résolution (COSMOS,…), ainsi que ceux correspondants à de plus grands champs mais à plus faible résolution (CFHTLS, Terapix, ..), ont montré que nous pouvons détecter la distribution de la matière noire à différentes échelles autour des amas et des vides. Dans le cas des amas individuels, l’utilisation des lentilles fortes a permis une détermination plus précise de la distribution spatiale de la matière noire, elle a pu être comparée à celle obtenue par des cartes en X. Pour ce qui est des galaxies individuelles, la seule méthode est de collationner un grand nombre de données, de sorte à mettre en évidence des propriétés statistiques.

Cette école couvrira l’étude et l’utilisation des lentilles gravitationnelles à toutes les échelles (cosmologique, celle des amas de galaxies, et des galaxies), de sorte à mettre en évidence la forme et l’étendue des halos de matière noire autour des structures (amas, galaxies de tout type). Elle donnera l’occasion aux théoriciens et aux observateurs la confrontation des données aux théories. On pourra aussi comparer les propriétés de la matière noire relativement à celles des distributions de baryons.