Activité de formation stellaire dans les galaxies lumineuses infrarouges et les galaxies-hôtes des sursauts gamma PDF Download
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Author: Emeric Le Floch Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
Book Description
Cette thèse se propose d'étudier l'activité de formation stellaire dans les galaxies lumineuses, par l'utilisation de deux traceurs particuliers: l'émission infrarouge de la poussière chauffée par le rayonnement des étoiles jeunes, et les sursauts gamma que l'on pense être associés à la destruction cataclismique de progéniteurs massifs au sein d'environnements formant de nouvelles générations d'étoiles. A partir d'observations de galaxies actives effectuées entre 5 et 16 μm avec la caméra ISOCAM, nous montrons que le rapport entre les flux observés à 15 et 7 μm constitue un excellent indicateur de l'efficacité de ces objets à former de nouvelles étoiles. Nous étudions également le degré de contamination de la luminosité infrarouge d'une galaxie par la présence éventuelle d'un noyau actif en son centre. Nous montrons que cette contribution peut être particulièrement importante, ce qui met en évidence le risque d'une surestimation de la formation stellaire dans ce type d'objets. Dans une deuxième partie, nous décrivons les propriétés d'un échantillon de galaxies distantes sélectionnées à partir de transients de sursauts gamma. Nous montrons que ces objets ont des couleurs très bleues peu affectées par l'extinction des poussières, et des luminosités absolues plutôt faibles. Leur population diffère de celle des galaxies lumineuses et rouges observées dans les relevés infrarouges, submillimétriques et radio. Nous suggérons donc que les sursauts gamma se produisent dans des objets relativement jeunes et formant leur première génération d'étoiles à partir de milieux primitifs et peu enrichis en métaux. Ceci pourrait indiquer une possible influence des effets de métallicité, et remettrait en cause l'idée nai͏̈vement acceptée que ces phénomènes tracent la formation stellaire dans l'Univers distant indépendamment des conditions physiques propres à chaque milieu.
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Cette thèse se propose d'étudier l'activité de formation stellaire dans les galaxies lumineuses, par l'utilisation de deux traceurs particuliers: l'émission infrarouge de la poussière chauffée par le rayonnement des étoiles jeunes, et les sursauts gamma que l'on pense être associés à la destruction cataclismique de progéniteurs massifs au sein d'environnements formant de nouvelles générations d'étoiles. A partir d'observations de galaxies actives effectuées entre 5 et 16 μm avec la caméra ISOCAM, nous montrons que le rapport entre les flux observés à 15 et 7 μm constitue un excellent indicateur de l'efficacité de ces objets à former de nouvelles étoiles. Nous étudions également le degré de contamination de la luminosité infrarouge d'une galaxie par la présence éventuelle d'un noyau actif en son centre. Nous montrons que cette contribution peut être particulièrement importante, ce qui met en évidence le risque d'une surestimation de la formation stellaire dans ce type d'objets. Dans une deuxième partie, nous décrivons les propriétés d'un échantillon de galaxies distantes sélectionnées à partir de transients de sursauts gamma. Nous montrons que ces objets ont des couleurs très bleues peu affectées par l'extinction des poussières, et des luminosités absolues plutôt faibles. Leur population diffère de celle des galaxies lumineuses et rouges observées dans les relevés infrarouges, submillimétriques et radio. Nous suggérons donc que les sursauts gamma se produisent dans des objets relativement jeunes et formant leur première génération d'étoiles à partir de milieux primitifs et peu enrichis en métaux. Ceci pourrait indiquer une possible influence des effets de métallicité, et remettrait en cause l'idée nai͏̈vement acceptée que ces phénomènes tracent la formation stellaire dans l'Univers distant indépendamment des conditions physiques propres à chaque milieu.
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CETTE THESE PRESENTE LE DEVELOPPEMENT D'UNE METHODE D'ANALYSE DE SURSAUTS DE FORMATION D'ETOILES ET SON APPLICATION AUX GALAXIES LUMINEUSES DANS L'INFRAROUGE. CES OBJETS, DETECTABLES A DES DISTANCES D'INTERET COSMOLOGIQUE ET SOUVENT IMPLIQUES DANS DES INTERACTIONS, SONT SUSCEPTIBLES DE REPRESENTER DES ETAPES-CLES DE L'EVOLUTION DES GALAXIES. LA METHODE REPOSE SUR LA SYNTHESE EVOLUTIVE DE POPULATIONS STELLAIRES ET DE LEURS PROPRIETES SPECTROPHOTOMETRIQUES INTEGREES, EN PARTICULIER DANS L'INFRAROUGE PROCHE, OU L'EXTINCTION EST RELATIVEMENT FAIBLE ET OU DES SIGNATURES SPECTRALES PHOTOSPHERIQUES (BANDES MOLECULAIRES ET CONTINU) PERMETTENT DE SEPARER LES CONTRIBUTIONS DE POPULATIONS STELLAIRES JEUNES OU EVOLUEES. CES SIGNATURES SONT ETUDIEES D'ABORD EN FONCTION DES PARAMETRES PHYSIQUES DES ETOILES SUR UNE BIBLIOTHEQUE DE 56 SPECTRES STELLAIRES DE REFERENCE ENTRE 1,428 ET 2,5 MICRONS, OBTENUS AU TELESCOPE CANADA-FRANCE-HAWAI PAR SPECTROSCOPIE A TRANSFORMEE DE FOURIER (CHAPITRE 2). LES CHAPITRES 3 ET 4 PRESENTENT LES AMELIORATIONS APPORTEES A UN CODE DE SYNTHESE EVOLUTIVE INITIALEMENT APPLIQUE DANS LE VISIBLE ET L'ULTRAVIOLET, EN VUE DE L'ETUDE D'EPISODES DE FORMATION D'ETOILES VIOLENTS OBSERVES DANS L'INFRAROUGE: INTRODUCTION ET PROLONGEMENT DE NOUVEAUX TRACES D'EVOLUTION STELLAIRE, OPTIMISATION DU CALCUL, MODELISATION COHERENTE DE L'EXTINCTION, DE L'EMISSION DANS L'INFRAROUGE LOINTAIN, DES RAIES DE L'HYDROGENE MOLECULAIRE (2,12 MICRONS) ET DU FER IONISE (1,64 MICRONS), AINSI QUE DES RAIES DE RECOMBINAISON DE L'HYDROGENE ET DE L'HELIUM (2,16 ET 2,06 MICRONS). NOUS INCLUONS LES EFFETS COLLISIONNELS ET LES ECARTS A L'HYPOTHESE OPTIQUEMENT EPAISSE POUR L'HELIUM. APRES L'ETUDE DE 10 SPECTRES DE 1,4 A 2,5 MICRONS DE GALAXIES LUMINEUSES DANS L'INFRAROUGE (CHAPITRE 5), NOUS DETERMINONS AU CHAPITRE 6, A PARTIR DU SPECTRE TYPIQUE DE LA GALAXIE NGC 1614, LES LIMITES SUR LE TAUX DE FORMATION D'ETOILES, L'EXTINCTION, LA FONCTION DE MASSE INITIALE (DEFICIENCE EN ETOILES DE TRES GRANDES ET DE PETITES MASSES). LA PRISE EN COMPTE DE DONNEES SUR L'EXTINCTION DU VISIBLE A L'INFRAROUGE IMPOSE UNE CONTRIBUTION SIGNIFICATIVE DE LA POPULATION EVOLUEE A L'EMISSION ET CONTRAINT LES DISTRIBUTIONS SPATIALES RELATIVES DES DIVERSES COMPOSANTES STELLAIRES ET INTERSTELLAIRES. UNE LIMITE FORTE EST OBTENUE SUR L'EXTINCTION INTERIEURE AUX REGIONS IONISEES. CETTE METHODE PEUT ETRE UTILISEE POUR ETUDIER L'ACTIVITE EN FORMATION D'ETOILES DE GALAXIES PROCHES OU DISTANTES, EN PARTICULIER A PARTIR DES DONNEES QUE FOURNIRONT LE SATELLITE INFRAROUGE INFRARED SPACE OBSERVATORY DE L'AGENCE SPATIALE EUROPEENNE OU LE VERY LARGE TELESCOPE DE L'OBSERVATOIRE EUROPEEN AUSTRAL
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DANS LA PREMIERE PARTIE DE CETTE THESE, NOUS NOUS INTERESSONS AU CONTENU GAZEUX ET A L'ACTIVITE DE FORMATION D'ETOILES DANS LES GALAXIES A DISQUE ISOLEES. LES GALAXIES ISOLEES PRESENTENT UNE EMISSION CO(10) PLUS FAIBLE QUE CELLE DEDUITE DE LA PLUPART DES PRECEDENTS RELEVES EXTRAGALACTIQUES, SOUVENT BIAISES PAR UNE SELECTION SUR LE FLUX EN INFRAROUGE LOINTAIN. LE RAPPORT DES MASSES DE GAZ MOLECULAIRE ET ATOMIQUE VAUT EN MOYENNE 0.20 : LE GAZ MOLECULAIRE N'EST DONC PAS LE COMPOSANT GAZEUX MAJORITAIRE DES DISQUES DE GALAXIES. CE RAPPORT DECROIT LE LONG DE LA SEQUENCE MORPHOLOGIQUE, A L'EXCEPTION DES GALAXIES DE FORTES MASSES DYNAMIQUES POUR LESQUELLES IL RESTE CONSTANT. CET ECHANTILLON DE REFERENCE NOUS PERMET DE CONFIRMER QU'IL N'Y A PAS DE DEFICIENCE CO DANS LES GALAXIES D'AMAS, MEME LORSQU'ELLES SONT DEFICIENTES EN HI. LE CLASSEMENT DES OBJETS SELON LEUR MORPHOLOGIE EN BANDE ROUGE (PRESENCE D'UNE BARRE OU D'UNE STRUCTURE GLOBALE) NE MONTRE AUCUNE DIFFERENCE MAJEURE AU NIVEAU DE LEUR CONTENU GAZEUX OU DE LEUR ACTIVITE EN FORMATION STELLAIRE. LES ANALYSES STATISTIQUES METTENT EN EVIDENCE LES RELATIONS UNISSANT L'EMISSION INFRAROUGE LOINTAIN, DANS LE CONTINU BLEU OU LA RAIE H ET LE CONTENU EN GAZ MOLECULAIRE. CONTRAIREMENT A D'AUTRES ETUDES, LE CONTENU EN GAZ ATOMIQUE APPARAIT SANS INFLUENCE SUR L'ACTIVITE DE FORMATION STELLAIRE. DANS LA SECONDE PARTIE DE LA THESE, NOUS PRESENTONS LES RESULTATS ISSUS D'UN CODE DE SIMULATION DE TRANSFERT DE RAYONNEMENT UV DANS LE DISQUE DE LA GALAXIE SPIRALE NGC 6946. AVEC UN NOMBRE RESTREINT D'HYPOTHESES, NOUS PARVENONS A REPRODUIRE LES LUMINOSITES EN INFRAROUGE LOINTAIN DE CET OBJET. NOUS METTONS EN EVIDENCE LE ROLE PREPONDERANT DES ETOILES MASSIVES DANS LE CHAUFFAGE DE LA POUSSIERE, ET LA CONTRIBUTION DES ZONES DE PHOTODISSOCIATION AUX LUMINOSITES TOTALES DANS LA RAIE DE C+ ET DANS LE CONTINU INFRAROUGE LOINTAIN. L'OPACITE MOYENNE POUR LES PHOTONS UV RESTE FAIBLE POUR UNE VUE DE FACE DE LA GALAXIE.
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LES ETOILES MASSIVES CONSTITUENT DE PRECIEUX INDICATEURS DE L'HISTOIRE DE LA FORMATION STELLAIRE ET DE L'ACTIVITE D'UNE GALAXIE. DANS LES GALAXIES SUFFISAMMENT PROCHES POUR PERMETTRE UNE ETUDE INDIVIDUELLE DE CES ETOILES, IL EST POSSIBLE DE DEDUIRE UNE FONCTION INITIALE DE MASSE (IMF) A PARTIR DE LEUR FONCTION DE LUMINOSITE (LF). SA DETERMINATION DANS QUATRE ASSOCIATIONS OB DE LA GALAXIE M31 RENFORCE L'IDEE D'UNE IMF UNIVERSELLE. DE MEME, IL APPARAIT INTERESSANT DE RECHERCHER LES ETOILES WOLF-RAYET, DESCENDANTES DES ETOILES O LES PLUS MASSIVES, CAR ELLES SONT FACILEMENT DETECTABLES A CAUSE DE LEURS RAIES INTENSES EN EMISSION. NOUS EN AVONS DETECTE SEPT NOUVELLES DANS LES PRECEDENTES ASSOCIATIONS. DE PLUS, L'EVALUATION DE LEUR RAPPORT EN NOMBRE A CELUI DES ETOILES O ET B, FONCTION QUASI-LINEAIRE DE L'ABONDANCE EN ELEMENTS LOURDS DU MILIEU, SUGGERE EN ACCORD AVEC D'AUTRES DETERMINATIONS UNE METALLICITE PAR M31 SUPERIEURE A CELLE DU VOISINAGE SOLAIRE. DANS LA GALAXIE NGC 300, LA COMPLEMENTARITE DE DEUX METHODES DE DETECTION, UNE PHOTOMETRIQUE ET L'AUTRE SPECTROPHOTOMETRIQUE A PERMIS DE DETECTER DOUZE NOUVEAUX CANDIDATS WOLF-RAYET. ENFIN, LES REGIONS A SURSAUT DE FORMATION STELLAIRE ACTIVE (STARBURST) CONSTITUENT UN LIEU DE PREDILECTION POUR L'ETUDE DES ETOILES DE FORTE MASSE (FORMATION DE PLUSIEURS MILLIERS EN QUELQUES MILLIONS D'ANNEES). PAR LE BIAIS D'UNE SYNTHESE DE POPULATION, ON PEUT AVOIR ACCES AUX PARAMETRES DE L'IMF. EN PARTICULIER, LA MESURE DE LA LARGEUR EQUIVALENTE DES RAIES DE BALMER DE CES REGIONS PERMET SEULE D'EVALUER LA MASSE INFERIEURE DE LA POPULATION CREEE DANS LE SURSAUT. L'APPLICATION DE NOTRE MODELE DE SYNTHESE A LA REGION HII EXTRAGALACTIQUE NGC 604 DE LA GALAXIE M33 CONFIRME POUR LA PREMIERE FOIS QUANTITATIVEMENT L'HYPOTHESE D'UNE FORMATION STELLAIRE AVEC COUPURE AUX FAIBLES MASSES DANS LES REGIONS A STARBURST
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PARMI LA VASTE FAMILLE DES GALAXIES NAINES PEUPLANT NOTRE UNIVERS OBSERVABLE, NOUS NOUS SOMMES INTERESSES AUX PROPRIETES PHOTOMETRIQUES DES GALAXIES BLEUES COMPACTES NAINES (BCDGS). CES GALAXIES NAINES ONT LA PARTICULARITE DE FORMER DES ETOILES A UN TAUX TEL QU'ELLES POURRAIENT RIVALISER AVEC LES GALAXIES GEANTES A SURSAUT. L'ORIGINE ET LA CAUSE D'UN TEL SURSAUT DE FORMATION STELLAIRE SONT PEU OU PAS CONNUES, NON PLUS QUE L'EVOLUTION PHOTOMETRIQUE ET DYNAMIQUE DE CES OBJETS UNE FOIS QUE LE SURSAUT EST EPUISE. NOUS AVONS OBSERVE DANS LES BANDES DE COULEURS B ET R, UN ECHANTILLON DE 44 BCDGS, SELECTIONNEES A PARTIR DES DIFFERENTS CATALOGUES DE GALAXIES A RAIES D'EMISSION, ET A EXCES UV. L'ETUDE DES DISTRIBUTIONS DE BRILLANCE A REVELE QUE LA MOITIE DE NOS BCDGS POSSEDAIT DES PROFILS DE BRILLANCE DOMINES PAR UNE LOI R#1#/#4 A L'INSTAR DES GALAXIES ELLIPTIQUES GEANTES NORMALES. CES OBJETS POURSUIVENT LA SEQUENCE DES ELLIPTIQUES GEANTES VERS LES AMAS GLOBULAIRES ET LES NOYAUX DE GALAXIES, DANS LE DIAGRAMME MAGNITUDE ABSOLUE - BRILLANCE DE SURFACE CENTRALE. CETTE ETUDE MONTRE QUE LE SCHEMA UNIFIE D'EVOLUTION DYNAMIQUE DES GALAXIES NAINES EST PROBABLEMENT TRES INSUFFISANT. L'ETUDE PHOTOMETRIQUE DANS L'INFRAROUGE PROCHE (PAR IMAGERIE J, H ET K) DE 12 OBJETS A MONTRE QUE CES GALAXIES POSSEDENT UNE POPULATION EVOLUEE DOMINANTE EN BANDE K APPARTENANT CERTAINEMENT A LA GALAXIE HOTE DU SURSAUT : CES GALAXIES, AU MOINS DANS NOTRE ECHANTILLON RESTREINT, NE PEUVENT DONC PAS ETRE CONSIDEREES COMME JEUNES. PAR CONTRE, LA MESURE DES COULEURS DANS LES CENTRES ACTIFS DE FORMATION STELLAIRE ISOLES DE LA POPULATION AGEE GENERALE MONTRE QUE LES SURSAUTS OBSERVES DANS NOTRE ECHANTILLON ONT TOUT UN AGE FAIBLE. QUATRE OBJETS PRESENTENT LA SIGNATURE DES ETOILES SUPER-GEANTES ROUGES, CETTE PRESENCE EST CERTAINE DANS L'UN D'ENTRE EUX. CE TRAVAIL A PERMIS DE CONFORTER LES MODELES ACTUELS D'EVOLUTION PHOTOMETRIQUE DE CES OBJETS. L'ENSEMBLE DES DONNEES PHOTOMETRIQUES VISIBLE ET INFRAROUGE EST PRESENTE DE MANIERE HOMOGENE DANS DES ATLAS.
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Les observations suggèrent que la barre est une structure très présente parmi les galaxies spirales, se retrouvant dans près de la moitié des galaxies spirales de l'Univers proche. La présence d'une barre a un impact important sur l'évolution séculaire de la galaxie hôte, puisque cette dernière modifie la distribution spatiale de la matière et crée un flot de gaz vers le centre de la galaxie, provoquant ainsi une rétroaction positive sur la formation stellaire centrale de la galaxie. Une autre structure très présente dans les galaxies est un noyau actif (NAG), soit un trou noir supermassif dans le centre qui interagit avec la matière autour de celui-ci, et la rétroaction de cette interaction forme une région très brillante dans le centre de la galaxie. La rétroaction du NAG réchauffera le gaz environnant par radiation, et pourra aussi appliquer une poussée cinétique sur celui-ci, le poussant vers l'extérieur du centre de la galaxie. Cependant, l'effet de la rétroaction du NAG sur l'évolution de la galaxie et de sa formation stellaire centrale est encore un sujet mal compris, et on ne sait toujours pas si l'effet de cette rétroaction sur la formation stellaire est positif ou négatif. Dans le cadre de ce travail, j'ai effectué un total de 12 simulations de galaxies spirales de masse égale, dont 10 sont barrées. Le but est de vérifier quel est l'effet du NAG en faisant varier la rétroaction du trou noir, la quantité de gaz disponible et l'impact de la barre sur la formation stellaire centrale et globale de la galaxie. Les résultats de mes simulations montrent que la présence d'un NAG aurait un effet plutôt positif sur la formation stellaire lorsqu'il s'agit d'une galaxie spirale barrée, et principalement lorsque la galaxie est encore à un jeune stade de son évolution. Dans le cas d'une galaxie spirale non barrée, l'effet serait au contraire négatif en son centre et négligeable globalement.
Author: Benjamin Magnelli Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 252
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This thesis is devoted to the estimation of the cosmic star formation history of the Universe through the study of spectral properties of galaxies observed by the Spitzer satellite in the mid-and-far- infrared. My work begins with the extraction of sources contained in the Spitzer images and with the creation of multi- wavelengths catalogs. Using those catalogs I study the spectral properties of infrared galaxies and their evolution with redshift. From the comparison of these properties with the predictions of standard spectral librairies, I show that galaxies situated beyond z~1.3 present significant evolutions in their spectral properties. Based on these spectral properties, I estimate the cosmic star formation history of the Universe from z~0 to z~2.3. This history is charaterized by a sharp increase of the star formation density of the Universe form z~ 0 and z~1, followed by a stabilisation phase up to z~2. This star formation density is dominated between z~0.8 and z~2 by luminous infrared galaxies with high star formation rate. Finally, I study the presence of the 3.3 um PAH signature in the spectrum of distant galaxies (0.5 z
Author: Emeric Le Floch
Author: Emeric Le Floch
Author: European Southern Observatory
Author: Ariane Lançon
Author: SYLVAIN.. SAUTY
Author: KATIA.. CANANZI-MATHIAS
Author: VANESSA.. DOUBLIER
Author: Fidèle Robichaud
Author: Nicolas Fiolet
Author: Nicolas Gruel
Author: Benjamin Magnelli