Du gaz et de la poussière dans les quasars à grand décalage spectral

Dust and gaz in high redshift quasars

• Auteur / Autrice : Alexandre Beelen
• Direction : Pierre Cox
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie astrophysique. Dynamique des systèmes gravitationnels
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Observatoire de Paris (1667-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'astrophysique spatiale (Orsay, Essonne ; 1990-....)
• Jury : Président / Présidente : Gary Mamon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Cox, Dennis Downes, Paul A. Vanden Bout, Françoise Combes, Jacqueline Bergeron
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dennis Downes, Paul A. Vanden Bout

Mots clés

Mots clés contrôlés

Formation stellaire

Astronomie infrarouge

Plasmas poussiéreux

Quasars

Galaxies

Cosmologie

Résumé

Cette thèse est consacrée à l’étude de la poussière et du gaz dans les quasars (QSO) à grand décalage spectral à l’aide d’observations (sub)millimétrique et radio. Les relevés dans le continuum infrarouge et radio de QSO optiquement lumineux et radio faibles à 1. 9<z<6. 4 indiquent la présence de masses importantes de poussière, y compris pour les QSO à z>6. La relation entre l’émission infrarouge et radio galaxies locales est vérifiée pour les QSO à grand z, indiquant que le chauffage dominant provient des étoiles massives nouvellement formées. Ces études ont mis en évidence une relation entre les activités du trou noir et de la formation stellaire. Les taux de formation stellaire très élevés (~ 1000 Mo/yr) indiquent d’intenses flambées stellaires nécessitant d’importants réservoirs de gaz moléculaire. La détection du CO dans J1409+5628 à z=2. 56 est décrit en détail et une étude globale du gaz moléculaire des sources à grand z est présentée. Dans quelques cas, la détection de plusieurs transitions de CO permet de contraindre les conditions physiques indiquant des températures de 60-100 K, et des densités de 103-4 cm-3, comparables à M82 ou Arp220. Enfin, la détection de CI et de HCN est rapportée pour deux QSO à grand z. Ces travaux ont permis de contraindre les conditions physiques dans les galaxies hôtes de QSO à grand z, parmi les objets les plus massifs formés dans l’Univers. Ces programmes exploratoires, qui ouvrent la voie à l’étude du milieu interstellaire dans l’environnement extrême des premières galaxies, connaîtront leur plein essor avec la mise en opération du satellite Herschel et des interféromètres eVLA et ALMA.

This thesis presents the study of dust and gas in high redshift quasars (QSOs) based on (sub)millimeter and radio observations. The surveys of the infrared and radio continuum of optically luminous and radio-quiet QSOs at 1. 9<z<6. 4 indicate the presence of large dust masses, including in the z>6 QSos. The relationship between infrared and radio emission followed by local galaxies is also found for the high-z QSOs, suggesting that the dust heating is dominated by young massive stars. These studies have allowed us to derive a relationship between the black hole and star formation activity. The high star formation rates (~ 1000 Mo/yr) point to intense starbursts which have to be sustained by massive reservoirs of molecular gas. The detection of CO in J1409+5628 at z=2. 56 in described in detail and a global study of the CO emission in high-z sources presented. In a few cases, the detection of several Co transitions enables to constrain the physical conditions, indicating gas temperature of 60-100 K, and densities of 103-4 cm-3, comparable to what is found in M82 and Arp220. Finally, the detection of CI and HCN is reported in two high-z QSOs. These studies have allowed us to constrain the physical conditions in the host galaxies of high-z QSOs, among the most massive objects in the Universe. These exploratory studies, which open the way to the study of the interstellar medium in the extreme environments of the first galaxies, will come to full maturity when the satellite Herschel and the interferometers eVLA and ALMA will be operational.