Processus de rétroaction baryonique dans les galaxies naines et satellites

Feedback processes in dwarf and satellite galaxies

• Auteur / Autrice : Gohar Dashyan
• Direction : Gary Mamon, Yohan Dubois, Joseph Silk
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique
• Date : Soutenance le 24/09/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'astrophysique de Paris (1936-....)
• Jury : Président / Présidente : Benoît Semelin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Adrianne Slyz, Annalisa Pillepich
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dominique Aubert, Frédéric Bournaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Baryons

Supernovae

Trous noirs (astronomie)

Noyaux actifs de galaxies

Galaxies naines

Mots clés libres

Galaxies naines

Galaxies satellites

Trous noirs actifs

Rayonnement cosmique

Supernovae

Rétroaction

Dwarf galaxies

Satellite galaxies

Feedback

Résumé

Comprendre l’évolution des galaxies suppose d’expliquer leur apparence, qui résulte de leur contenu stellaire. Or les étoiles se forment à partir de gaz froid. Les processus de rétroaction baryonique peuvent empêcher la formation d’étoiles en chauffant le gaz, en générant des vents galactiques qui expulsent le gaz ou l’empêchent de parvenir dans la galaxie. Sans ces processus, les modèles peinent à reproduire les observations. Certaines étoiles, lorsqu’elles explosent en supernovae (SNe), sont considérées comme la source principale de rétroaction dans les plus petites galaxies – les galaxies naines. Cependant, selon des travaux récents, leur capacité de rétroaction est insuffisante. Par ailleurs, les galaxies naines font l'objet de divergences entre théorie et observations concernant la nature de la matière noire, qui reste méconnue. Il se peut que ces divergences soient résolues en invoquant des processus de rétroaction. En parallèle, les noyaux actifs – des trous noirs massifs qui croissent –, constituent une autre source de rétroaction. Des observations récentes suggèrent qu’ils pourraient avoir de l’importance dans les galaxies naines. Premièrement, je montre analytiquement que la capacité des noyaux actifs à générer des vents galactiques dépasse souvent celle des SNe. Ensuite, je montre numériquement que le noyau actif d’une galaxie peut impacter l’évolution galaxie voisine. Enfin, je montre par une série de simulations numériques que l’injection de rayonnement cosmique par les SNe réduit la formation d’étoiles et augmente la génération de vents, qui sont alors en bien meilleur accord avec les observations, bien qu'encore en deçà.

Understanding galaxies calls for the understanding of their appearance, which results from their stellar content, and stars form out of cold gas. Feedback processes can impede star formation: by heating the gas or preventing it from cooling and forming stars; by triggering galactic outflows that eject the gas; and by preventing the inflow of gas. In the lowest mass galaxies – dwarf galaxies –powerful and luminous stellar explosions, supernovae (SNe), are thought to be the predominant feedback process. However, recent work suggests that SN feedback is too weak. Moreover, several puzzles surrounding dwarf galaxies challenge our understanding of dark matter – of which the exact nature that is still unknown –, and these discrepancies might be solved by feedback processes. Besides, Active Galactic Nuclei (AGN) – i.e. growing massive black holes –, are another source of feedback in galaxies. The effect of AGN in dwarf galaxies is often thought to be minimal, because their growth is suppressed. But there is growing evidence that their presence in dwarf galaxies might be stronger than once thought. First, I show, using analytical methods, that the capacity of AGN to trigger outflows in dwarf galaxies is stronger than that of SNe in most of the parameter space. I then show numerically, that the AGN of a galaxy can influence the evolution of a neighboring galaxy. Finally, I assess the impact of the injection of cosmic rays by SNe: I find that it reduces the rate of star formation and increases the efficiency of SNe at driving winds, bringing simulated wind properties of dwarf galaxies much closer to observations, but the effect is not sufficient to fully match the observations.