Étendre le domaine des galaxies aux faibles luminosités de surface

Extending the realm of galaxies to the low surface brightness universe

• Auteur / Autrice : Brisa Mancillas Vaquera
• Direction : David Valls-Gabaud, Françoise Combes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
• Date : Soutenance le 23/09/2019
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d’étude du rayonnement et de la matière en astrophysique et atmosphères (Paris ; 2002-....) - Laboratoire d'Etudes du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Observatoire de Paris (1667-....)
• Jury : Président / Présidente : Rosine Lallement
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Valls-Gabaud, Françoise Combes, Jérôme Pety, Alessandro Boselli, Françoise Combes, Pierre-Alain Duc
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jérôme Pety, Alessandro Boselli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gaz

Galaxies

Astrophysique moléculaire

Mots clés libres

Galaxies

Simulations

Predictions

Gaz moléculaire

Coquilles

Galaxies

Simulations

Predictions

Molecular gas

Shells

Résumé

L'exploration de l'émission de lumière diffuse et de la périphérie des galaxies dans le régime de faible luminosité de surface (LSB pour ses sigles en anglais) est essentielle afin de comprendre le mécanisme de formation de l'évolution des galaxies, et élémentaire pour pouvoir contraindre les modèles théoriques et simulations numériques dans un contexte cosmologique. Les donnés observationnelles, aussi bien dans le domaine optique que radio, complémentées par des simulations numériques nous fournissent des informations cruciales sur les propriétés morphologiques des sous-structures autour des galaxies massives, ainsi que sur leur distribution de masse, le contenu du gaz moléculaire et la formation des étoiles des galaxies LSB telles que galaxies ultra diffuses (UDGs) récemment recouvertes.Dans cette thèse, nous présentons plusieurs analyses destinés à l'étude de ces sujets. Dans un premier temps, motivés par les récents travaux sur les observations du télescope CFHT des sondant de profondes images, qui ont révélé d'importantes structures fines dans les galaxies LSB, comme des queues de marée, des courants stellaires et des coquilles, nous avons calculé des statistiques d'une simulation numérique hydrodynamique afin d’interpréter les observations et faire des prédictions sur la distribution en masse des galaxies dans le passé. Nous avons fait un recensement de ces sous-structures et nous avons calculé leur temps de survie. Nous avons aussi étudié leur dépendance vis à vis de plusieurs propriétés comme, par exemple, leur luminosité de surface et projection. Nous avons trouvé que les coquilles et les courants restent visibles environ 4 Gyr et qu'ils sont principalement associés à des fusions mineures et a une accumulation continue de gaz diffus, alors que les queues de marée ont une durabilité d'environ 1 Gyr et sont corrélées avec des événements de fusion majeurs. En parallèle, dans ces travaux, nous avons employé d'une approche semi-empirique pour construire un catalogue factice afin de faire des prédictions sur des relations d'échelle et contraindre des paramètres physiques des galaxies UDGs et LSB. D'un autre côté, nous avons réalisé de la spectroscopie CO des galaxies UDGs observées à IRAM-30m pour quantifier leur contenu en gaz moléculaire. Les galaxies sélectionnées étaient constituées de sources provenant de plusieurs environnements et avec des propriétés différentes, notamment des objets comme les galaxies très rouges Dragonfly 44 et DGSAT I. Nous avons obtenu des limites supérieures sans précédent de leur masse de CO (quelques 10^6-10^7 masses solaires). Aussi, nous avons fait des observations à IRAM-30m pour détecter le contenu de gaz moléculaire dans un échantillon de 4 galaxies jeunes qui présentent des galaxies avec coquilles proéminents, comme c'est le cas, par exemple, du NGC 0474 et Arp 230. Notre but est de tester le modèle de formation enroulement de phase proposé dans des simulations numériques. Nous avons détecté une masse moléculaire d'environ 10^8 masses solaires dans plusieurs coquilles d'une des galaxies de notre échantillon et nous rapportons les limites supérieures de masse dans les autres cas.

The exploration of diffuse light emission and the outskirts of galaxies in the regime of the Low Surface Brightness (LSB) is of utmost importance to understand the formation mechanism of galaxy evolution, and is essential to constrain the current theoretical models and numerical simulations in the cosmological context. Observational data, both in optical and radio emission, complemented with hydrodynamical cosmological numerical simulations provide us a crucial information about the morphological properties of substructures surrounding massive galaxies, as well as the mass distribution, molecular gas content and star formation of LSB galaxies such as the recently discovered Ultra Diffuse Galaxies (UDGs).This thesis presents several analysis addressed to the study of these schemes. In first instance, motivated in the most recent works about optimized deep imaging surveys observed with the CFHT telescope, which have revealed prominent LSB fine structures classified like tidal tails, stellar streams and shells, we have computed statistics of an hydrodynamical numerical simulation in order to interpret observations and make inferences about the past mass assembly of galaxies. We made a census of these substructures and computed their survival time. We also studied their dependence with several properties like the projection and the surface brightness. We found that shells and streams remains visible around 4 Gyr and they are mainly associated to minor mergers and a continuous diffuse gas accretion, while tidal tails have a durability time of around 1 Gyr and are correlated with major merger events. In parallel, in this work we made use of a semi-empirical approach to build-up a mock catalog with the aim to make predictions about scaling relations and constrain physical parameters of UDGs and LSB galaxies.On the other hand, we have performed CO spectroscopy surveys of UDGs observed at IRAM-30m to quantify the molecular gas content. The selected galaxies were conformed by sources from several environments and different properties, including objects like the very red galaxies Dragonfly 44 and DGSAT I. We have obtained unprecedented upper limits of their CO mass (few 10^6 - 10^7 solar masses). We also made CO observations at IRAM-30m to detect molecular gas content in a sample of four early-type galaxies that exhibit prominent shell galaxies like the case of NGC 0474 and Arp 230. Our goal is to test the phase wrapping formation model proposed in numerical simulations. We detected a molecular mass of around 10^8 solar masses in several shells of one galaxy of our sample and we report the mass upper limits for the other cases.