We have compiled a large sample of 3041 spiral galaxies with multi-band $gri$ photometry from the the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) Data Release 7 archive. We compare our own extracted photometry with data products provided through the SDSS pipeline algorithms. This comparison benefits from an extensive compilation of galaxy rotational velocities, $V$, derived from HI linewidths. Galaxy sizes and luminosities can thus be compared against an unbiased and independent metric. We find the SDSS radial ($R$), and luminous, ($L$), data products to be unreliable for the construction of tight scaling relations of $R$ and $L$ with velocity ($V$). We use our own robust scaling parameters to yield the tightest $VRL$ relations possible. We further compile the largest scaling relation of galaxy baryonic mass (stars + gas) with velocity to find that the relation is not tighter, and thus no more significant, than the luminous $VL$ relation. / Thesis (Master, Physics, Engineering Physics and Astronomy) -- Queen's University, 2010-09-17 16:23:20.649

Ce travail de thèse s’inscrit dans le projet à long terme COSFLOS qui a pour but de comprendre l’évolution des structures de l’univers local. Pour cela nous utilisons la relation de Tully-Fisher qui permet de mesurer des distances indépendamment de la loi de Hubble pour des galaxies spirales dans un rayon de 80 Mpc. Mon travail a consisté à collecter, mesurer et analyser les données nécessaires pour cette relation également appelée Luminosity LineWidth (LLW). Cette relation relie la luminosité intrinsèque d’une galaxie à la vitesse maximale de rotation de son gaz neutre. La meilleure façon d’obtenir cette vitesse est de mesurer la largeur de la raie de l’hydrogène neutre (HI) à 21 cm. J’ai effectué de nouvelles observations ainsi que de nouvelles mesures au sein de ce programme, qui aujourd’hui compte 15411 profils HI dans la base de données EDD. J’ai également amélioré l’interface graphique du logiciel de photométrie ARCHANGEL qui nous permet d’obtenir les magnitudes apparentes afin de calculer les distances. Nous verrons que nous avons porté une grande attention sur le calcul du paramètre d’inclinaison de la galaxie observée. Enfin, parmi tous les échantillons en notre possession, j’ai choisi d’étudier plus en détail l’amas de galaxies d’Antlia qui permettra une calibration de la pente de la LLW. Ce travail a commencé par la sélection des candidates, a continué avec les observations puis les mesures et pour se finir sur la détermination des distances nécessaires à la calibration de la relation de Tully-Fisher / This phD thesis is part of the COSFLOS’project. Its goal is to understand the galaxy structure evolution in the local universe. For this purpose, we make use of the Tully-Fisher relation in order to measure the distances for galaxies within 80 Mpc. My research area in the project is to collect, measure and analyze the data needed for the Luminosity LineWidth (LLW). This relation is a direct link between intrinsic luminosity of a spiral galaxy and its maximal gas rotation velocity. The best way to compute this velocity is to measure HI linewidth. Including my new observations and measurements, the current extragalactic database EDD contains 15 411 HI profiles. To obtain the apparent magnitude needed for the distances, I improve the ARCHANGEL software, implementing new displays. We took a great care to a special parameter : the inclination of observed galaxy. Finally, I present the Antlia cluster, one of the cluster I use to calibrate the slope of the LLW. I start with the candidates selection, then with observations to finally obtain the distances for the calibration

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Le modèle de concordance de la cosmologie moderne repose entre autre sur l'existence de matière dite « noire », matière qui n'intéragirait que gravitationellement et qui ne peut donc pas être observée directement. Les vitesses particulières des galaxies, puisqu'elles tracent le champ de gravité, sont des sondes non-biaisées de la matière dans l'Univers. Ainsi, l'étude de ces vitesses particulières permet non seulement de cartographier l'Univers proche (matière noire comprise), mais aussi de tester le modèle ΛCDM via la vitesse d'expansion de l'Univers et le taux de formation des structures. Observationnellement, la mesure de la vitesse particulière d'une galaxie se fait à partir de la mesure de sa distance, mesure très imprécise pour les données extragalactiques. Mal modélisée, cette incertitude conduit à des analyses biaisées des vitesses particulières, et ainsi détériore la qualité de cette sonde cosmologique. Dans ce contexte, cette thèse s'intéresse aux erreurs systématiques statistiques des analyses de vitesses particulières. D'abord en étudiant puis modélisant ces erreurs systématiques. Ensuite en proposant de nouveaux modèles pour les prendre en compte. En particulier, y est développé un modèle permettant, à partir des mesures de la vitesse de rotation des galaxies, de reconstruire le champ de densité de l'Univers Local. Ce modèle s'appuie sur l'analyse des corrélations de vitesse données par le modèle de concordance, et la modélisation de la relation de Tully-Fisher, qui lie la vitesse de rotation des galaxies à leur luminosté. Le modèle développé est appliqué au catalogue de distances extragalactiques CosmicFlows-3, permettant ainsi une nouvelle cartographie de l'Univers proche et de sa cinématique / The cosmological concordance model relies on the existence of a ≪ dark ≫ matter which hypothetically only interacts through gravity. Hence, the dark matter could not be observed directly with standard techniques. Since they directly probe gravity, peculiar velocities of galaxies are an unbiased tool to probe the matter content of the Universe. They can trace the total matter field and constrain the Local Universe’s expansion rate and growth of structures. The peculiar velocity of a galaxy can only be measured from its distance, which determination is very inaccurate for distant objects. If not correctly modeled, these uncertainties can lead to biaised analyses and poor constraints on the ΛCDM model. Within this context, this PhD studies the systematic and statistical errors of peculiar velocity analyses. First by investigating and modeling these errors. Then by building Bayesian models to include them. In particular, a model of the Local Universe’s velocity field from the observations of the rotational velocity of galaxies is presented. This model relies on the ΛCDM’s peculiar velocity correlations and on a Tully-Fisher relation model. The model has then been applied to the CosmicFlows-3 catalog of distances and provides a new kinematic map of the Local Universe

We present new measures of the rotation curves of disc galaxies from z~0.2 to z~1.7, using deep exposures from both DEIMOS and LRIS spectrographs on the Keck telescopes in combination with multi-band imaging from the Hubble Space Telescope. We do this with a new modelling code, curvation, which has been optimised to extract the rotation velocity measurements from galaxies at intermediate and high redshift. To this end, we conduct a bulge-to-disc de-composition to allow us to de-project observed velocities to extract a model of the intrinsic rotation curve. We demonstrate the improved accuracy and precision of these measurements via a number of tests, but primarily in recovering an intrinsic scatter of the high redshift Tully-Fisher relation which is similar to that found locally. We show for the first time that the stellar mass Tully-Fisher relation is tightly in place at z~1, the normalisation of which has evolved less than 0.02±0.02 dex in stellar mass from z~1.7 to z~0.2. We do however see evidence for evolution in classic B-band Tully-Fisher relation, which is brighter at z~1 by 0.85±0.28 magnitudes than that at z~0.3. This trend is consistent with what was previously known about the evolving star-formation rates of disc galaxies. We then explore the potential drivers of these trends in the Tully-Fisher relation by estimating the baryonic and dark matter content of our galaxies. We also discover a surprising trend in the bulgeless disc galaxies at high redshift, which may be evolving differently from other rotationally supported galaxies. In the context of work which has been conducted at z~2, we discuss our results of a stellar mass Tully-Fisher relation which is strikingly similar over two-thirds of the age of the Universe.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le projet à long terme COSFLOS qui a pour but de comprendre l'évolution des structures de l'univers local. Pour cela nous utilisons la relation de Tully-Fisher qui permet de mesurer des distances indépendamment de la loi de Hubble pour des galaxies spirales dans un rayon de 80 Mpc. Mon travail a consisté à collecter, mesurer et analyser les données nécessaires pour cette relation également appelée Luminosity LineWidth (LLW). Cette relation relie la luminosité intrinsèque d'une galaxie à la vitesse maximale de rotation de son gaz neutre. La meilleure façon d'obtenir cette vitesse est de mesurer la largeur de la raie de l'hydrogène neutre (HI) à 21 cm. J'ai effectué de nouvelles observations ainsi que de nouvelles mesures au sein de ce programme, qui aujourd'hui compte 15411 profils HI dans la base de données EDD. J'ai également amélioré l'interface graphique du logiciel de photométrie ARCHANGEL qui nous permet d'obtenir les magnitudes apparentes afin de calculer les distances. Nous verrons que nous avons porté une grande attention sur le calcul du paramètre d'inclinaison de la galaxie observée. Enfin, parmi tous les échantillons en notre possession, j'ai choisi d'étudier plus en détail l'amas de galaxies d'Antlia qui permettra une calibration de la pente de la LLW. Ce travail a commencé par la sélection des candidates, a continué avec les observations puis les mesures et pour se finir sur la détermination des distances nécessaires à la calibration de la relation de Tully-Fisher

<p>We examine the Einstein equation coupled to the Klein-Gordon equation for a complex-valued scalar field. These two equations together are known as the Einstein-Klein-Gordon system. In the low-field, non-relativistic limit, the Einstein-Klein-Gordon system reduces to the Poisson-Schrödinger system. We describe the simplest solutions of these systems in spherical symmetry, the spherically symmetric static states, and some scaling properties they obey. We also describe some approximate analytic solutions for these states.</p><p>The EKG system underlies a theory of wave dark matter, also known as scalar field dark matter (SFDM), boson star dark matter, and Bose-Einstein condensate (BEC) dark matter. We discuss a possible connection between the theory of wave dark matter and the baryonic Tully-Fisher relation, which is a scaling relation observed to hold for disk galaxies in the universe across many decades in mass. We show how fixing boundary conditions at the edge of the spherically symmetric static states implies Tully-Fisher-like relations for the states. We also catalog other ``scaling conditions'' one can impose on the static states and show that they do not lead to Tully-Fisher-like relations--barring one exception which is already known and which has nothing to do with the specifics of wave dark matter.</p> / Dissertation

Cette thèse est consacrée à l'étude de la formation et de l'évolution des galaxies. La mise à disposition de la communauté par l'ESO du spectrographe à multi-intégrales de champ FLAMES/GIRAFFE représente une opportunité unique d'étudier la dynamique des galaxies à z<1, et de pouvoir ainsi relier les populations distantes aux populations locales. Nous présentons dans un premier temps les résultats obtenus grâce à cet instrument dans le cadre du temps garanti de l'Observatoire de Paris (GEPI). Ces résultats montrent que la fraction de galaxies n'ayant pas encore atteint leur équilibre dynamique à z~0.6 est importante. Cette fraction est encore plus importante parmi les galaxies compactes lumineuses (LCGs), ce qui supporte l'hypothèse selon laquelle ces galaxies sont des systèmes en cours de fusion. Jusqu'à présent, l'utilisation de la spectroscopie à fente ne permettait pas de distinguer efficacement les systèmes relaxés des systèmes non relaxés, ce qui explique les désaccords concernant l'évolution de la relation de Tully-Fisher. Les résultats présentés dans cette thèse montrent en effet une non évolution de cette relation dans le plan vitesse-masse stellaire. Enfin, GIRAFFE avec son mode IFU montre la pertinence de la cartographie physico-chimique du milieu interstellaire dans la compréhension des mécanismes liés aux processus de formation stellaire dans les galaxies distantes. L'extension des méthodes de spectroscopie intégrale de champ à z>1 requiert d'explorer leur couplage avec des techniques d'optique adaptative. Le projet FALCON (à la fois dédié aux VLTs et aux ELTs) propose une nouvelle voie prometteuse dans cette direction en introduisant le concept d'optique adaptative multi-objets (MOAO). Dans ce concept, seules les zones d'intérêt scientifique sont corrigées et analysées, ce qui nécessite le développement de systèmes miniaturisés de correction de front d'onde ainsi que d'une stratégie de commande originale en boucle ouverte.