Le 21cm dans lUnivers Lointain Grandes structures – Emission / Absorption SKA Patrick Petitjean OSU Institut dAstrophysique 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- 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 Q logNHI = 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 lexcitation (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 => reionization Carilli 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

Emission Cartographie 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 J 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= 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 lunivers observé au travers de raies dabsorption Lien entre le gaz et les galaxies -> Propriétés du gaz dans les disques Contenu chimique et moléculaire Lien avec la formation détoiles 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 GRBs