Le rôle de la formation stellaire et dans les galaxies il y a 10 milliards d'années : agitation du gaz et mise sous pression du milieu interstellaire

Stirring Up the Gas : Star Formation and Powering High Pressures in Galaxies 10 Billion Years Ago

• Auteur / Autrice : Loïc Le Tiran
• Direction : Matthew Lehnert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Observatoire de Paris (1667-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Didier Pelat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Matthew Lehnert, Jean-Paul Kneib, Bodo L. Ziegler, Philippe Amram, Hervé Dole
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Paul Kneib, Bodo L. Ziegler

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie astronomique

Cosmologie

Cinématique

Formation des galaxies

Galaxies -- Évolution

Résumé

Cette thèse présente l'analyse d'un échantillon de 53 galaxies observées telles qu'elles étaient il y a 10 milliards d'années avec le spectro-imageur SIFONI au VLT. Ces galaxies ont une brillance de surface supérieure de plus d'un ordre de magnitude à celles observées dans les galaxies locales. Leurs raies d'émission de gaz ionisé sont aussi remarquablement larges. Il a souvent été suggéré que l'accrétion de gaz pouvait être responsable de l'élargissement de ces raies. Nous montrons que les taux d'accrétion de gaz et la quantité d'énergie injectée doivent être bien supérieurs à ceux attendus par les simulations pour expliquer la forte brillance de surface en H-alpha observée dans ces galaxies. Nous suggérons que la formation stellaire joue un rôle prépondérant sur l'ionisation et les caractéristiques dynamiques du gaz diffus ionisé : la corrélation entre l'intensité de la formation stellaire et l'élargissement des raies du gaz ionisé peut être modélisée par une simple relation d'injection d'énergie. Nous montrons que la pression dans le milieu interstellaire (MIS) de ces galaxies distantes est particulièrement importante, suffisamment pour produire de vigoureux vents galactiques et un fort niveau de turbulence, tout du moins pour les galaxies ayant les grandes brillances de surface en H-alpha. Ces caractéristiques sont similaires à celles que l'on trouve dans les galaxies à flambées d'étoiles de l'univers proche. Ceci nous permet d'esquisser un tableau dans lequel la pression dans le MIS est régulée par la formation stellaire, et semble déterminer la nature de la formation stellaire : c'est l'autorégulation de la formation stellaire.

This thesis present the analysis of a sample of 53 galaxies, observed as they were about 10 billion years ago, with the integral-field spectroscopy unit SINFONI on ESO/VLT. These galaxies have high surface brightness, more than order of magnitude larger than those of local disks, and large ionized gas line dispersions. Gas accretion has often been suggested as a viable mechanism for driving these line dispersions. We show that the mass accretion rate as well as the energy injection would have to be much higher than expected from simulations or from simply equating the star formation with the accretion rate to explain the high H-alpha surface brightness we observe in these galaxies. We suggest that star-formation plays a key role in the dynamics, ionization, and other characteristics of the warm ionized medium : the observed trend between the star-formation intensity and the velocity dispersion of the emission line gas can be modeled by a simple energy injection relationship. We demonstrate that these distant galaxies have high ISM pressures and these pressures are sufficiently high to drive vigorous outflows and strong turbulence, at least at the highest H-alpha surface brightness. These characteristics are similar to intense starburst found in the nearby universe. This leads to a picture where the pressure in the ISM is determined by the intensity of the star-formation and where feedback sets the scaling between pressure and star-formation intensity. This is evidence in favor of star-formation being self-regulating, as pressure is being regulated by the star-formation and pressure likely determines the nature of star-formation. This is star-formation feedback.