Assemblage des galaxies au cours du temps : évolution chimique des galaxies à 1<z<2 avec la spectroscopie 3D

Galaxy assembly along with cosmic time : chemical evolution of galaxies at 1<z<2 with integral-field spectroscopy

• Auteur / Autrice : Julien Queyrel
• Direction : Thierry Contini, Roser Pello
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Étoiles -- Composition chimique

Spectroscopie astronomique

Galaxies -- Évolution

Mots clés libres

Evolution

Galaxies

Milieu interstellaire

Galaxies

Métallicité

Résumé

L'étude de l'assemblage de la masse des galaxies au cours du temps est un sujet important dans le contexte de la formation et de l'évolution des galaxies. Aujourd'hui, plusieurs grands projets tentent de comprendre quels sont les processus à l'origine de l'évolution des galaxies grâce à l'utilisation de la technique de la spectroscopie 3D qui permet d'accéder en détails aux propriétés physiques des galaxies à différentes époques de l'Univers. Grâce aux raies d'émission, c'est la physique du milieu interstellaire des galaxies à grand redshift qui est étudiée. Ainsi on a pu jusqu'à présent s'intéresser majoritairement à la cinématique de ces objets lointains et découvrir des disques en rotation jusqu'à des redshifts élevés (z<3). Dans le cadre du projet MASSIV dirigé par T. Contini, on étudie ici la métallicité du gaz interstellaire des galaxie à 1<z<2, avec le spectrographe 3D SINFONI au VLT. Pour déterminer cette quantité on utilise le rapport de flux dans les raies adjacentes de l'azote (NII6584) et de l'hydrogène (Halpha), et un indicateur reliant cette quantité à l'abondance d'oxygène. Avec les cubes de données issus de la réduction, à laquelle j'ai consacré une importante partie de mon travail, j'ai pu étudier la métallicité intégrée des galaxies du premier échantillon MASSIV ainsi que d'un échantillon de 9 galaxies d'une session d'observations visant à prouver la faisabilité du projet MASSIV. Grâce à un programme que j'ai développé (en Python) pendant ma thèse, j'ai aussi pu étudier l'évolution radiale de la métallicité des galaxies en me basant sur les cubes de donnée MASSIV. Les résultats obtenus concernent la relation masse-métallicité des galaxies à 1<z<2 dans les deux échantillons, ainsi que les gradients radiaux de métallicité dans les galaxies de l'échantillon MASSIV. L'étude de la cinématique des galaxies a parfois été mise à contribution pour expliquer les résultats. Ainsi on a étudié l'évolution et la forme de la relation masse-métallicité. On montre notamment que nos galaxies ont des métallicités faibles, que la forme de la relation n'est pas celle que l'on connaît dans l'univers local, et que les galaxies en interaction dont on détecte le compagnon ont un comportement bien à elles. Concernant les gradients de métallicité, on a pu découvrir une forte portion de gradients positifs ou nuls (un peu plus de la moitié) sur la trentaine de galaxies pour lesquelles nous avons pu le mesurer. Nous avons ensuite appliqué un modèle d'évolution chimique à ces galaxies pour essayer d'estimer des taux d'accrétion.

Understanding mass assembly in galaxies along cosmic time is a key issue of galaxy formation and evolution. Today, many projects are intending to find the physical processes at the very origin of galaxy evolution, thanks to integral-field spectroscopy, which allows to get detailed insights into the physical properties of galaxies at different times of the Universe. Thanks to its emission lines, the interstellar medium can be studied quite easily. For now, studies have been able to deduce the kinematics of distant galaxies, et have eventually found large rotating disks already in place at high redshifts (z<3). In the context of the MASSIV project, whose PI is T. Contini, this thesis work is essentially dedicated to the study of the oxygen abundance of 1<z<2 galaxies with the integral-field spectrograph SINFONI at the VLT. The ratio between the nitrogen (NII6584) and hydrogen (Halpha) line has been used to recover the metallicity of the observed gas, thanks to the use of a calibration linking the indicator and the oxygen abundance. After having worked intensively with the data reduction, I was able to recover from the data cubes the metallicity of a first sample of 9 galaxies observed during a pilot run, which aim was to prove the feasibility of the MASSIV project, and of the first sample of the MASSIV project itself. Using a program developed by myself in Python, which works on the data cubes directly, I succeeded in retrieving the radial behavior of metallicity in some MASSIV galaxies. The results we obtained concern mainly the mass-metallicity relation of galaxies at 1<z<2 within both the samples, and the metallicity gradients of the galaxies of the MASSIV sample. From times to times, the study of the kinematics of the galaxies as proven to be a good asset to explain and interpret our results. We have studied the global form and evolution of the mass-metallicity relation. It is shown that our galaxies have low metallicities, that the form of our relation is not the same as in the local universe, and that galaxies for which we have detected an interacting companion have a specific behavior. We have also measured metallicity gradients in 29 galaxies of the MASSIV sample, an important part of which were positive ones (more than the half). We have then tried to apply a chemical evolution model to these galaxies to retrieve an estimation of infall rates of intergalactic metal-poor gas.