Formation des galaxies dans leur environnement cosmique : influence des fusions et de l'accrétion gazeuse

Flipping pancakes : how gas inflows and mergers shape galaxies in their cosmic environment

• Auteur / Autrice : Charlotte Welker
• Direction : Christophe Pichon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique
• Date : Soutenance le 17/09/2015
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'astrophysique de Paris (1936-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julien Devriendt, Benoît Semelin, Yohan Dubois, Hervé Aussel, Olivier Ilbert
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Debora Sijacki, Thorsten Naab

Mots clés

Mots clés contrôlés

Accrétion (astrophysique)

Formation des galaxies

Mots clés libres

Astrophysique

Simulation numérique

Formation des galaxies

Fusion

Accrétion

Toile cosmique

Galaxies formation

Numerical simulation

Accretion

Résumé

Les interactions entre les galaxies et leur environnement à grande échelle constituent une pierre angulaire de la théorie de formation des structures. Cependant, derrière cette idée se cache une longue liste de processus. En effet, les galaxies grandissent au sein d'intenses courants de gaz à haut redshift et acquièrent du moment angulaire grâce aux couples de marée exercés par les grandes échelles, tout en fusionnant avec d'autres galaxies. Aucun de ces mécanismes n'est indépendant de la distribution de matière à grande échelle, fortement anisotrope, constituée d'un réseau de vides délimités par des murs, eux-mêmes segmentés par des filaments de haute densité dans lesquels la matière s'écoule en direction des noeuds compacts. La géométrie d'une telle structure influe fortement sur les écoulements cosmiques, notamment les flux de gaz et de galaxies en migration vers les noeuds. Cela modifie en conséquence la distribution et les propriétés des galaxies. Cette thèse explore certaines de ces corrélations entre les échelles galactiques et extra-galactiques dans la simulation cosmologique hydrodynamique HorizonAGN. Tout d'abord, j'analyse et quantifie l'orientation du moment angulaire des galaxies puis montre que les fusions majeures comme mineures peuvent provoquer d'importantes bascules de ce dernier. J'étudie par la suite la distribution des galaxies satellites autour de leur hôte plus massive et mets à jour des corrélations avec la direction du filament voisin ainsi qu'avec le plan de leur galaxie centrale. Enfin, j'étudie l'impact des fusions galactiques et de l'accrétion diffuse sur la taille et sur la forme des galaxies lors du pic cosmique de formation stellaire.

Interactions between galaxies and their larger scale environment is a central tenet of structure formation theory. However, this idea encompasses a long list of processes. Indeed, galaxies grow from intense gas inflows at high-redshift and acquire spin through tidal torques on larger scales while merging with one another at the same time. None of these processes is independent from the large scale distribution of matter, strikingly anisotropic and consisting of an extended network of voids delimited by sheets, themselves segmented by high-density filaments within which matter flows towards compact nodes where they intersect. Such a structure imprints its geometry on cosmic flows, especially gas inflows and drifting galaxies, ultimately shaping the distribution of galactic properties.This work investigates some of these correlations between galactic and extra-galactic scales in the hydrodynamical cosmological simulation Horizon-AGN. First, I analyze and quantify the spin orientations of galaxies and show that both minor and major mergers can drive important spin swings. I further investigate the distribution of satellite galaxies around a more massive host and find it to be also fairly correlated to the direction of the surrounding filament. However, this trend is in competition with a tendency for satellites to align their orbits in the central galactic plane especially in the inner parts of the halo.Finally, I study the impact of mergers and diffuse accretion on the size and shape of galaxies at the peak of cosmic star formation history. The main results statistically support the gas-poor minor merger scenario to interpret the loss of compacity of spheroids at low-z.