La population de galaxies poussiéreuses ayant un fort taux de formation stellaire (Dusty Star Forming Galaxies, DSFGs) joue un rôle très important dans l’histoire de l’univers, avec des taux de formation d’étoiles allant de quelques centaines à quelques milliers de masses solaires par an. Les sondages infrarouges, comme ceux entrepris à l’aide du satellite Herschel, nous offrent l’opportunité de recenser de manière approfondie ces DSFGs jusqu’à de grands décalages spectraux. Cependant, jusqu’à présent seul un petit nombre de DSFG détecté par Herschel ont été confirmés pour être à des décalages spectraux supérieurs à 4. Les modèles de formation et d’évolution des galaxies stipulent généralement que la population de DSFG à z > 4 sont les progéniteurs des galaxies elliptiques, observées dans les amas les plus massifs de l’univers local. L’abondance des DSFGs à z > 4 se révèle donc être décisive pour contraindre ces modèles ainsi que pour vérifier notre compréhension globale de l’univers lointain. Le premier objectif de mon travail de recherche est d’identifier les candidates galaxies à z > 4 détectées sur des champs les plus larges possibles observés par Herschel et l’instrument SPIRE et d’examiner les propriétés statistiques de celles-ci. A cette fin, j’ai créé un nouvel algorithme de sélection dans le but d’augmenter substantiellement le nombre de candidates et de comprendre leur nature. / Over the last few decades, great progress has been made in our understanding of the star formation history of the Universe. With the discovery of distant, dusty star-forming galaxies (DSFGs) it has become apparent that observing at rest-frame UV and optical wavelengths is insufficient as a large fraction of the star formation is dust obscured. Thanks to the extensive observational studies carried out during the last two decades, we learn that DSFGs have a redshift peak at z ∼ 2, matching the cosmic time where galaxies have formed most of their young, massive stars. However, it remains extremely challenging to use the Herschel space observatory for identifying a tail extending towards much higher redshifts (z > 4). As a result, until recently only a small number of infrared-selected DSFGs at z > 4 were known, most of them strongly gravitationally lensed. One of the main goals of this Thesis is to assemble candidate z > 4 galaxies detected in a large area survey observed by Herschel-SPIRE and to examine the statistical properties and environments of these systems.

Le principal objectif de ce travail est d'étudier les propriétés multi-longueurs d'onde d'un échantillon de galaxies pour mieux comprendre leur formation et leur évolution. J'ai utilisé les observations du Herschel en complément de données multi-longueurs d'onde dans le champ. J'ai réalisé une extraction des sources ponctuelles. Des catalogues de sources ont été générés en utilisant la méthode de l'ajustement de PSF. J'ai utilisé des catalogues SPIRE pour rechercher des candidats de galaxies SMG subissant les effets d'une lentille gravitationnelle. J'ai identifié 6 sources dans la liste principale et 55 sources dans une liste supplémentaire. En utilisant des ajustements de SEDs, j'ai ensuite estimé la distribution de redshifts de ces sources, et avons ensuite mené une analyse pour contraindre les propriétés des poussières. J'ai trouvé qu'il est très probable que ces sources soient des systèmes lensés. Mentionnons que parmi nos candidates, j'ai découvert une source rouge unique dont la SED en infrarouge lointain croît et qui semble être une galaxie sub-mm (SMG) fortement lensée à haut redshift. Ce genre de sources est rare et la plupart sont découvertes par hasard. J'ai soumis des propositions photométriques et spectroscopiques pour mesurer le redshift de cette source, en utilisant des observations continues avec IRAM-Nika2, NOEMA et SMA et des observations spectroscopiques avec le télescope de 30m de l'IRAM, NOEMA et GEMINI-nord. Les observations ont permis de mesurer le redshift de la lentille et de la galaxie lensée. Une autre observation sera exécutée avant la fin de l'année. Les résultats sont très prometteurs mais j'ai encore besoin de plus de données. / The main aim of this work is to study the multi-wavelength properties of a sample of galaxies to better understand their formation and evolution. I used the new observations from GALEX and \textit{Herschel} in combination with multi-wavelength data available in the field. I made point source catalogs extracted from the observations of GALEX, and \textit{Herschel} SPIRE and PACS bands using the method of the PSF fitting. Then I used Monte Carlo simulations to quantify the quality of the photometry process and the catalogs.Then I used SPIRE catalogs to search for candidate gravitationally lensed SMGs at high redshift. I identified 6 sources sources in a main list, and 55 sources in a supplementary list. Using SED fitting, performed with CIGALE code, I estimated the redshift distributions of these sources, and constrained their dust properties. I found that, it is very likely that we have gravitationally lensing systems. It should be mentioned that within our candidates we have discovered a unique red source with a rising Far-IR SED, which appears to be a strongly lensed submillimeter galaxies at z~5.2. This kind of sources are quite rare on the sky and are serendipitously discovered. I proposed some followup photometric and spectroscopy observation to measure the redshift of this sources, using for instance continuum observations with IRAM-Nika2, NOEMA, and SMA, and spectroscopic observation with IRAM 30m telescope, NOEMA, and GEMINI-North. The GEMINI-North observations succeeded in measuring the redshifts of the lens and of the lensed galaxy. One more will be executed at the end of this year. The results is quite promising, but more data are needed.

We present Herschel observations of the debris disk around γ Doradus (HD 27290, HIP 19893) from the Herschel Key Programme DEBRIS (Disc Emission via Bias-free Reconnaissance in the Infrared/Submillimetre). The disk is well-resolved with PACS at 70, 100 and 160 micron and detected with SPIRE at 250 and 350 micron. The 250 micron image is only resolved along the disk's long axis. The SPIRE 500 micron 3 σ detection includes a nearby background source. γ Dor's spectral energy distribution (SED) is sampled in the submillimetre for the first time and modelled with multiple modified-blackbody functions to account for its broad shape. Two approaches are used, both of which reproduce the SED in the same way: a model of two narrow dust rings and a model of an extended, wide dust belt. The former implies the dust rings have temperatures of ~90 and ~40 K, corresponding to blackbody radii of 25 and 135 AU, respectively. The latter model suggests the dust lies in a wide belt extending from 15 to 230 AU. The resolved images, however, show dust extending beyond ~350 AU. This is consistent with other debris disks whose actual radii are observed to be a factor of 2 - 3 times larger than the blackbody radii. Although it is impossible to determine a preferred model from the SED alone, the resolved images suggest that the dust is located in a smooth continuous belt rather than discrete narrow rings. Both models estimate that the dust mass is 6.7 x 10^{-3} Earth masses and that fractional luminosity is 2.5 x 10^{-5}. This amount of dust is within the levels expected from steady state evolution given the age of γ Dor and therefore a transient event is not needed to explain the dust mass. No asymmetries that would hint at a planetary body are evident in the disk at Herschel's resolution. However, the constraints placed on the dust's location suggest that the most likely region to find planets is within 20 AU of the star. / Graduate

This dissertation presents new Herschel observations at 70 micron, 160 micron, 250 micron, 350 micron, and 500 micron of the Perseus molecular cloud from the Herschel Gould Belt Survey. The Perseus molecular cloud is a nearby star-forming region consisting of seven main star-forming clumps. The Herschel observations are used to characterize and contrast the properties of these clumps, and to study their embedded core populations. First, we probed the exceptionally young clump, B1-E. Using complementary molecular line data, we demonstrate that B1-E is likely fragmenting into a first generation of dense cores in relative isolation. Such a core formation region has never been observed before. Second, we use complementary long wavelength observations at 850 micron to study the dust properties in the larger, more active B1 clump. We find that Herschel data alone cannot constrain well the dust properties of cold dust emission and that long wavelength observations are needed. Additionally, we find evidence of dust grain growth towards the dense cores in B1, where the dust emissivity index, beta, varies from the often assumed value of beta = 2. In the absence of long wavelength observations, however, assuming beta = 2 is preferable over measuring beta with the Herschel-only bands. Finally, we use the source extraction code, getsources, to identify the core populations within each clump from the Herschel data. In addition, we use complementary archival infrared observations to study their populations of young stellar objects (YSOs). We find that the more massive clumps have an excess of older stage YSOs, suggesting that these regions contracted first. Starless cores are typically associated with peaks in the column density, where those found towards regions of higher column density also have higher average densities and colder temperatures. Starless cores associated with a strong, local interstellar radiation field, however, have higher temperatures. We find that the clumps with the most prominent high column density tails also had the highest fractions of early-stage YSOs. This relation suggests that the quantity of high column density material corresponds to recent star formation activity. / Graduate / 0606

<p>The study of ongoing mergers is vital to understanding how intense star bursts are triggered, and how luminous infrared galaxies and ultra luminous infrared galaxies are formed. The Antennae (NGC 4038/39), at a distance of only 24.9 Mpc, represents the nearest example of a major merger between two gas rich spirals and provides us with a unique laboratory for studying molecular gas and star formation. I have obtained two fully sampled observations of the Antennae using the Herschel SPIRE Fourier Transform Spectrometer which I have supplemented with JCMT CO J = 3 − 2 observations. I detect CO, CI and NII emission throughout both the overlap region and the nucleus of NGC 4038. I measured the integrated intensity of the CO J = 4−3 to 8−7 and find that the overlap region is brighter for all but the J = 4 − 3 line. I find that, in the nucleus of NGC 4038, the CO spectral line energy distribution peaks at the 4−3 transition, while in the overlap region it peaks at the 3−2 transition. I modelled the CO emission using the non-local thermal equilibrium radiative transfer code RADEX coupled with a Bayesian likelihood code. I find a warm (Tkin > 600K) lower density (nH2 ∼ 200cm−3) component of molecular gas in the nucleus of NGC 4038, and similarly in the overlap region (Tkin > 600 K, nH2 ∼ 300cm−3) and find widespread evidence for multiple components of molecular gas throughout the system. These warm components in both regions correspond to ~ 1% of the total molecular gas. I find no evidence of x-ray dominated regions, cosmic rays or turbulent heating being the primary source of heating throughout the galaxy, while photodissociation regions or supernova and stellar winds may be the primary source of heating throughout the galaxy.</p> / Master of Science (MSc)

L'objectif principal de mon travail de thèse est de comprendre les processus qui agissent sur la poussière pendant le couplage entre le milieu interstellaire galactique et le milieu intra-amas. Ce processus est d'intérêt particulier dans les phénomènes violents comme les interactions galaxie-galaxie ou le "Ram Pressure Stripping" causé par la chute d'une galaxie vers le centre de l'amas.Initialement, je me suis concentré sur le problème de la destruction de la poussière et le processus de chauffage, en re-visitant les modèles présents en littérature. J'ai particulièrement insisté sur les cas des environnements extrêmes comme le gaz chaud de type coronale (e.g., IGM, ICM, HIM) et les chocs interstellaires générés par les supernovae. Sous ces conditions les petits grains sont détruits rapidement et les gros grains sont chauffés par les collisions avec les électrons énergétiques, en rendent la distribution spectral d'énergie de la poussière très différente de ce qu'on observe dans le milieu interstellaire diffus.Pour tester nos modèles j'ai les appliqués au cas d'une galaxie en interaction, NGC 4438. Les données Herschel de cette galaxie indiquent la présence de la poussière avec une température plus élevée de ce qu'on s'attendait.Avec une analyse à plusieurs longueurs d'onde on montre que cette poussière chaude semble être dans un gaz ionisé et chaud et donc subir à la fois le chauffage collisionnel et la destruction des petits grains.De plus, je me suis focalisé sur l'énigme de longue date à propos de la différence entre les échelles de temps de destruction et formation de la poussière dans la Voie Lactée. Basées sur l'efficacité de destruction de la poussière dans les chocs interstellaires, les estimations précédentes portent à une durée de vie de la poussière plus courte que l'échelle de temps typique de sa formation dans les étoiles AGB. En utilisant un modèle de poussière récent et les dernières estimations pour l'évolution de la poussière, on a réévalué la durée de vie de la poussière dans notre Galaxie. Finalement, j'ai tourné mon attention au phénomène de "Ram Pressure Stripping''. La galaxie ESO 137-001 représente un des meilleurs cas pour étudier cet effet. Sa longue queue H2 intégrée dans une queue de gaz chaud et ionisé soulève des questions sur son possible arrachement de la galaxie ou sa formation en aval dans la queue. Basé sur des récentes simulations numériques, j'ai montré que la formation des molécules de H2 sur la surface des grains dans la queue est un scénario viable. / The main goal of my PhD study is to understand the dust processing that occurs during the mixing between the galactic interstellar medium and the intracluster medium. This process is of particular interest in violent phenomena such as galaxy-galaxy interactions or the "Ram Pressure Stripping'' due to the infalling of a galaxy towards the cluster centre.Initially, I focus my attention to the problem of dust destruction and heating processes, re-visiting the available models in literature. I particularly stress on the cases of extreme environments such as a hot coronal-type gas (e.g., IGM, ICM, HIM) and supernova-generated interstellar shocks. Under these conditions small grains are destroyed on short timescales and large grains are heated by the collisions with fast electrons making the dust spectral energy distribution very different from what observed in the diffuse ISM.In order to test our models I apply them to the case of an interacting galaxy, NGC 4438. Herschel data of this galaxy indicates the presence of dust with a higher-than-expected temperature.With a multi-wavelength analysis on a pixel-by-pixel basis we show that this hot dust seems to be embedded in a hot ionised gas therefore undergoing both collisional heating and small grain destruction.Furthermore, I focus on the long-standing conundrum about the dust destruction and dust formation timescales in the Milky Way. Based on the destruction efficiency in interstellar shocks, previous estimates led to a dust lifetime shorter than the typical timescale for dust formation in AGB stars. Using a recent dust model and an updated dust processing model we re-evaluate the dust lifetime in our Galaxy. Finally, I turn my attention to the phenomenon of "Ram Pressure Stripping''. The galaxy ESO 137-001 represents one of the best cases to study this effect. Its long H2 tail embedded in a hot and ionised tail raises questions about its possible stripping from the galaxy or formation downstream in the tail. Based on recent hydrodynamical numerical simulations, I show that the formation of H2 molecules on the surface of dust grains in the tail is a viable scenario.

L'étalonnage des instruments dédiés à l'observation de la Terre et du Cosmos est l'une des clefs d'un retour scientifique maximal de ces missions. <br> La première partie de cette thèse est consacrée à la préparation des outils et méthodes d'étalonnage du spectromètre submillimétrique HIFI embarqué à bord du satellite Herschel en 2007. Le premier aspect traite de l'étalonnage des données et de leur conversion en une échelle scientifique. Nous recensons dans un premier temps les besoins de l'étalonnage en vol et identifions les étalons primaires et secondaires. Nous établissons alors une liste de candidats potentiels, complétée par une campagne d'observations préparatoires au sol. Un schéma d'étalonnage interne fondé sur deux charges embarquées est étudié et nous présentons un premier bilan d'erreur. Nous montrons que cette approche n'est a priori pas adaptée aux conditions spatiales et donnons les premiers éléments d'une technique plus adéquate. Le second aspect s'intéresse à l'étalonnage de l'instrument proprement dit. Nous analysons les besoins de la campagne de mesures en laboratoire du premier prototype de HIFI, et proposons un système original afin d'étalonner divers paramètres au sol. Nous montrons également l'importance d'une modélisation instrumentale et présentons une description des systèmes d'ondes stationnaires susceptibles d'affecter les données de HIFI. <br> La seconde partie de cette thèse est dédiée à l'étude de coeurs denses galactiques détectés dans l'infrarouge moyen par le satellite ISO. Nous montrons que ces objets appartiennent à une population nouvelle de condensations massives (M > 1000 Masses solaires) et froides (8 < T < 25 K) associées à des nuages moléculaires géants. L'analyse indique des extinctions dans le visible supérieures à 50, et suggère que des phénomènes de collage sur les grain affectent la plupart des espèces moléculaires. Nous montrons que ces objets sont probablement fragementés, et qu'ils sont susceptibles, ou ont déjà initié la formation d'étoiles massives en leur sein.

Fourier transform spectroscopy (FTS) is one of the premier ways to collect source information through emitted radiation. It is so named because the principal measurement technique involves the analysis of spectra determined from the Fourier transform of a time-domain interference pattern. Given options in the field, many space- and ground-based instruments have selected Fourier transform spectrometers for their measurements. The Herschel Space Observatory, launched on May 14, 2009, has three on-board instruments. One, SPIRE, comprises a FTS paired with bolometer detector arrays. SCUBA-2 (Submillimetre Common User Bolometer Array) and FTS-2 have recently been commissioned and will be mounted within the collecting dish of the James Clerk Maxwell Telescope by Fall, 2010. The use of FTS in these two observatories will be examined. While work towards each project is independently useful, the thesis is bound by the commonality between the two, as each seeks similar answers from vastly different viewpoints. / xvii, 123 leaves : ill. (some col.) ; 29 cm