Probing the gas reservoirs of high-z dusty galaxies using ALMA observations of atomic carbon

• Auteur / Autrice : Gayathri Gururajan
• Direction : Patrice Theulé, Matthieu Bethermin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière. Astrophysique et cosmologie
• Date : Soutenance le 22/11/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Buat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicole Nesvadba, Miroslava Dessauges-Zavadsky, Justin Spilker
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Georgios E. Magdis, Pierre Cox

Mots clés

Mots clés contrôlés

Carbone

Grand redshift

Réservoirs de gaz naturel (géologie)

Formation stellaire

Formation des galaxies

Galaxies

Astrophysique

Mots clés libres

Haut redshift

Formation d'étoiles

Ism

Poussière

High-Redshift

Star-Forming

Ism

Dust

Résumé

Les galaxies poussiéreuses à formation intense d'étoiles (> 500 Msun/an) sont présentes dans l'Univers primitif, et de nombreuses questions concernant leur formation et leur assemblage de masse restent ouvertes. Dans cette thèse, nous étudions une population de telles galaxies à partir de l'échantillon South pole telescope - sub-millimeter galaxies (SPT-SMG) en utilisant le grand réseau millimétrique/sub-millimétrique d'Atacama (ALMA). Nous nous concentrons sur la caractérisation des réservoirs de gaz et du milieu interstellaire de ces galaxies poussiéreuses afin de comprendre leurs taux prodigieux de formation d'étoiles. Nous nous concentrons sur les lignes d'émission du carbone neutre car il s'agit d'un traceur gaz alternatif. Dans la première partie de thèse, nous étudions un échantillon de 29 galaxies. A travers cet échantillon, nous comparons la capacité de [CI], CO, et de la poussière comme traceur des réservoirs de gaz et nous effectuons une calibration croisée de CO, XCI, et GDR. De plus, nous contraignons l'intensité du champ de radiation, les densités et les températures cinétiques de l'ISM en utilisant les rapports de lignes. Dans la deuxième partie de la thèse, nous nous concentrons sur l'imagerie à plus haute résolution de 3 de ces galaxies pour mieux comprendre leurs morphologies et les propriétés résolues de l'ISM afin de mieux étudier la nature des galaxies poussiéreuses à formation intense d'étoiles à haut décalage horaire. Nous trouvons diverses cinématiques de sources dans notre échantillon : SPT0103-45 et SPT2147-50 sont probablement des disques en rotation, tandis que SPT2357-51 est peut-être une fusion majeure

Intensely star-forming (> 500 Msun/yr) dusty galaxies are found in the early Universe, and many questions regarding their formation and mass assembly remain open. In this thesis, we study a population of such galaxies from the South pole telescope – sub-millimeter galaxies (SPT-SMG) sample using Atacama large millimeter/sub-millimeter array (ALMA). We focus on characterizing the gas reservoirs and interstellar medium of these dusty galaxies to understand their prodigious star-formation rates. We focus on the neutral carbon emission lines as it is a promising alternative tracer to the traditionally used carbon monoxide lines. In the first part of this thesis, we study a sample of 29 galaxies with a rich ancillary data of multiple emission lines. Through this sample, we compare the ability of [CI], CO, and dust as a tracer of the gas reservoirs in these galaxies. We cross-calibrate the CO, XCI, and GDR and find a good agreement between them. Additionally we constrain the radiation field intensity, densities and the kinetic temperatures of the ISM using line ratios. In the second part of the thesis, we focus on higher-resolution imaging of 3 such galaxies to further understand their morphologies and resolved ISM properties to further investigate on the nature of intensely star-forming dusty galaxies at high-redshifts. We find diverse source kinematics in our sample: SPT0103-45 and SPT2147-50 are likely rotating disks, while SPT2357-51 is possibly a major merger