Environmental effects on galaxy evolution at high redshift

Abstract

We explore the effect of the environment on galaxies in the X-ray-detected galaxy cluster CLJ1449+0856 at z=1.99, focusing on the processes regulating the gas inflow and outflow, and the consequent triggering of star formation and active galactic nuclei. First, we present a near-infrared spectroscopic follow-up of massive star-forming cluster members and their counterparts in the field with Subaru/MOIRCS. The properties of the H, N, and O nebular emission are different between the two samples, consistent with a lower metal content and a higher specific star formation rate in cluster galaxies than in the field. Physically, we interpret these difference as stemming from the extra-accretion of metal-poor gas from the cluster environment or, if triggered by mergers, the galaxy surroundings. In a second time we present the results of a Keck/LRIS narrowband imaging targeting the Lyman- alpha (Lya) transition at z=1.99. We have discovered a huge reservoir of warm gas (1e4 K) in the cluster core, shining in Lya light and extended over 100 kpc. We explore the physics of this nebula and identify two AGN as the most plausible powering sources, with a possible contribution by dissipation of mechanical energy carried by galactic winds. Moreover, we indicate galactic outflows as a source of gas supply to sustain the nebula against evaporation due to the interaction with the hot (1e7 K), X-ray emitting intracluster medium. We estimate the mechanical energy carried by outflows and injected into the surrounding medium, finding it consistent with cosmological simulations that reproduce the properties of local clusters, requiring a non-gravitational contribution to the energy budget.

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Alternative Title

Les effets de l’environnement sur l’évolution des galaxies dans l’univers distant
Abstract

Dans cette thèse j'explore les effets de l'environnement sur les galaxies membres de l'amas CLJ1449+0856 à z=1.99 détecté en rayons X. Je me concentre en particulier sur l'accumulation et l'expulsion de gaz, la formation stellaire et l'activité des trous noirs supermassifs. Je présente les résultats d'observations spectroscopiques de galaxies actives réalisées au télescope Subaru. Les différentes propriétés des raies d'émission entre les galaxies d'amas et de champ suggèrent que les galaxies d'amas sont plus pauvres en métaux et présentent un taux spécifique de formation stellaire plus élevé. J'interprète ces observations comme étant dues à l'accumulation par ces galaxies de gaz primordial présent dans l'amas ou dans leur environnement proche. Je discute ensuite la campagne d'observation que j'ai menée au télescope Keck, en utilisant un filtre étroit pour détecter la raie Lyman-alpha (Lya) à z=1.99. Je présente la découverte d'une nébuleuse géante de gaz tiède (1e4 K) dans le coeur de l'amas. J'analyse ses propriétés physiques et j'explique sa taille et luminosité par la présence de deux noyaux actifs galactiques comme sources potentielles d'énergie, avec une contribution secondaire par des ondes de choc dues aux vents galactiques. De plus, ces derniers peuvent approvisionner la nébuleuse en gaz, ce qui est nécessaire pour contrecarrer son évaporation due à l'interaction avec le milieu intergalactique chaud détecté en rayons X (1e7 K). Finalement, j'estime la quantité d'énergie mécanique associée aux vents galactiques, et trouve qu'elle est compatible avec les prédictions de récentes simulations cosmologiques qui reproduisent les propriétés thermodynamiques des amas proches.