H2 magie : L'hygrogène moléculaire dans l'évolution des galaxies

H2 magie : H2 as a major agent to galaxy interaction and evolution

• Auteur / Autrice : Pierre Guillard
• Direction : François Boulanger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Astrophysique spatiale
• 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

Matière interstellaire

Hydrogène interstellaire

Galaxies -- Évolution

Mots clés libres

Dihydrogène

Interactions

Résumé

Ce travail est dédié à la compréhension de l'émission du dihydrogène dans les phases actives de l'évolution des galaxies. La découverte d'une nouvelle population de sources extragalactiques avec un spectre dans l'infrarouge moyen dominé par les raies d'émission de H2 est un résultat inattendu des observations spectroscopiques du satellite Spitzer. La faiblesse des bandes d'émission des poussières et des raies du gaz ionisé par rapport à celles de H2 indique la présence de grandes quantités de gaz H2 avec peu de formation d'étoiles, contrairement à ce qui est observée dans les galaxies standard. Une interprétation physique de l'émission H2 associée à une collision à grande vitesse entre galaxies dans le Stephan's Quintet (SQ) est d'abord présentée. La dissipation de l'énergie cinétique de la collision crée un milieu multi phases où des fragments de gaz moléculaire coexistent avec un plasma de gaz chaud émetteur en rayons X. Notre interprétation relie la structure multi phases du gaz post-choc à la structure en densité du gaz pré-choc. L'interaction dynamique entre les phases entretient un cycle où H2 se forme à partir de gaz atomique chaud qui se refroidit puis est excité de manière répétée avant d'être détruit. A ce cycle est associée une cascade énergétique où l'énergie cinétique du gaz alimente une turbulence supersonique dans le gaz moléculaire. Le rayonnement H2 est associé à la dissipation de l'énergie turbulente. Les résultats de nouvelles observations moyen-infrarouge et radio dans le choc de SQ sont présentés. Le gaz CO est extrêmement turbulent, ce qui pourrait expliquer pourquoi la formation stellaire est si peu efficace dans cet environnement.      

My main thesis work is to understand the origin of molecular Hydrogen (H2) emission in active phases of galaxy evolution. Spitzer space telescope observations reveal a new class of H2 -luminous galaxies with enhanced H2 line emission but where star formation is strongly suppressed. This is in sharp contrast with what is observed in standard star forming galaxies. The Stephan's Quintet (SQ) galaxy collision is a striking example I initially focus on. We present a scenario and a detailed model to account for the presence of H2 in the SQ giant shock, to characterize its physical state, and to describe its role as a cooling agent of a violent phase of galaxy interactions. In this scenario, the dissipation of the mechanical energy of the collision produces a multiphase medium where molecular gas fragments coexist with a hot (∼ 5 × 10^6 K), X-ray emitting plasma. Our model quantifies the gas cooling, dust destruction, H2 formation and emission in the postshock multiphase gas. The dynamical interaction between the ISM phases drives a cycle where H2 is formed out of atomic gas that cools, and is excited repeatedly before being destroyed. A cascade of energy is associated with this cycle, in which the mechanical energy powers supersonic turbulence within the molecular gas. The H2 emission is associated with the dissipation of this turbulent energy. New results of mid-infrared and radio observations in the SQ shock are presented. These observations reveal that dust and CO emission gas is associated with the warm H2 seen by Spitzer, and that this gas is in an unusual physical state where star formation is suppressed.