The star formation history of the universe as viewed in the infrared

Histoire cosmique de la formation d'étoiles vue dans l'infrarouge

• Auteur / Autrice : Benjamin Magnelli
• Direction : David Elbaz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, océan, espace. Astronomie et Astrophysique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Astronomie infrarouge

Galaxies -- Évolution

Formation des galaxies

Résumé

Cette thèse est consacrée à l’estimation de l’histoire cosmique de formation d’étoiles de l’Univers à travers l’étude des propriétés spectrales des galaxies observées par le satellite Spitzer dans l’infrarouge moyen et lointain. Ces travaux débutent par l’extraction des sources des images du satellite Spitzer et par la création de catalogues de sources multi-longueurs d’onde. L’obtention de ces catalogues me permet alors d’étudier les propriétés spectrales des galaxies infrarouges et leur évolution ave le redshift. A partir de la confrontation de ces propriétés avec les prédictions des bibliothèques spectrales standard, je montre que seules les galaxies situées au-delà de z~1. 3 présentent une évolution significative de leurs propriétés spectrales. En m’appuyant sur ces études je détermine ensuite l’histoire cosmique de formation d’étoiles de l’Univers de z~0 à z~2. 3. Cette histoire est caractérisée par une forte augmentation de la densité de formation d’étoiles de l’Univers entre z~ 0 et z~1, suivie par une phase de stabilisation jusqu’à z~2. Cette densité de formation d’étoiles est dominée de z~0. 8 à z~2 par les galaxies lumineuses en infrarouge arborant des flambées de formation d’étoiles intenses. Pour finir, j’étudie la présence de la signature des PAH à 3. 3 um dans le spectre des galaxies distantes (0. 5<Z<1. 7). Des indices de cette présence sont observés dans quatre des six galaxies de notre échantillon. La corrélation trouvée entre l’intensité de cette signature et la luminosité infrarouge des ces galaxies indique que l’émission des PAH à 3. 3 um pourrait être utilisée à l’avenir pour estimer le taux de formation d’étoiles des galaxies observées à z>3.

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<1. 7). Evidence of this presence are found in four out of six galaxies of our sample. The correlation found between the intensity of the 3. 3 um PAH signature and infrared luminosity of these galaxies indicates that this signature could be used in the future to estimate the star formation rate of galaxies observed at z>3.