Formation des étoiles dans les environnements de basse densité de gaz et de basse métallicité

Star formation in low gas density and low metallicity environments

• Auteur / Autrice : Celia Anahi Verdugo Salgado
• Direction : Françoise Combes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Observatoire de Paris (1667-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Laboratoire d’étude du rayonnement et de la matière en astrophysique et atmosphères (Paris ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : David Valls-Gabaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Françoise Combes, Eva Schinnerer, Samuel Boissière
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Eva Schinnerer, Samuel Boissière

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matière interstellaire

Galaxies

Étoiles -- Composition chimique

Formation stellaire

Résumé

Dans les galaxies proches, la relation empirique de Kennicutt-Schmidt (KS) a été établie entre la densité surfacique de formation d’étoiles et la densité surfacique de gaz. Elle est forte et presque linéaire quand on considère le gaz moléculaire (H2) mais devient moins valable lorsque l’hydrogène n’est qu’atomique (HI). Ces régions de densité de gaz faible sont d’une importance cruciale dans le domaine de la formation d’étoiles, car elles possèdent les mêmes conditions que dans les galaxies de l’univers jeune, de faible métallicité. Cette thèse compile les données observationnelles obtenues au télescope de 30 m. De l’IRAM sur deux types de régions distinctes : les galaxies à disque ayant une émission ultra-violet étendue (XUV), et le milieu interstellaire déplacé dans le milieu intra-amas (ICM) chaud sous l’effet du balayage de la pression dynamique dans l’amas de la Vierge. Pour déterminer la présence des molécules H2 et afin d’étudier la relation KS dans ces régions, des observations de CO ont été faites dans les parties externes des galaxies XUV, et nous avons à la fois des détections et des limites supérieures. Les relations KS ont montré une loi de puissance discontinue pour des densités de gaz faibles, en dessous du seuil de la transition de phase HI-H2. Dans l’amas de la Vierge, des observations similaires de Co ont été faites le long des bras marée qui relient NGC4388 et M86, où aucune présence de H2 n’est attendue. Nous avons effectué des détections, montrant une efficacité de formation d’étoiles très faible, et montrant de nouveau une discontinuité de la relation KS pour des densités de gaz faibles, prouvant que les processus bien connus de consommation du gaz à forte densité ne peuvent être généralisés aux densités plus faibles. D’autre part, nos résultats montrent que le gaz H2 peut survivre un temps long que prévu dans l’ICM hostile.

In nearby galaxies, an empirical relation has been established between star formation and gas surface densities, the Kennicutt-Schmidt (KS). The relation is nearly linear when molecular gas (H2) is considered, while is less tight with atomic hydrogen (HI). These low gas density regions are of a key importance in the field of star formation, since the are also low metallicity environments, resembling the conditions of a younger universe. This thesis summarizes the observational work done with the IRAM 30MT telescope in two kinds of such regions : disk galaxies with extended ultra-violet emission (XUV), and the interstellar medium going into the hot intra-cluster medium (ICM) under ram-pressure stripping in the Virgo cluster. The galex telescope has unveiled in far ultra-violet (FUV) star formation in the outer parts of some disk galaxies that was not traced by HA. To determine the presence of H2 and analyse the K-S relation in these regions, CO observations where done in the outskirts of several XUV disk galaxies, finding both detections and upper limits. These K-S relations showed a broken power law at low gas densities, below the HI-H2 threshold. In the Virgo cluster, similar CO observations were done along the HI tidal arm connecting NGC4388 and M86, where no H2 is expected. Two detections were found, showing very low star formation efficiencies (depleting less than 0,1 % of the gas reservoir per 10 [exposant] 8 yr), and showing again a disconuity of the K-S relation at low gas densities, probing that the process of a gas consumption into stars well known at high densities cannot be extrapolated to lower densities, and that H2 can survive a certain time in the hostile ICM.