La question de l'inné ou de l'acquis des propriétés dynamiques des disques de galaxies reste encore largement ouverte. Si l'environnement joue une part importante dans l'établissement de ces caractéristiques (spirales, gauchissement, disques épais), son influence est modulée par la propension intrinsèque que possède un objet à réagir ou non à ces perturbations. Cette problématique ne peut être abordée quantitativement qu'en termes de populations d'objets, afin de s'affranchir des spécificités liées à un cas de figure donné. D'autre part, les grands relevés permettent déjà une étude statistique des propriétés morphologiques des galaxies. La compréhension théorique des propriétés de ces populations d'objets doit atteindre le même degré de précision et de représentativité que les observations. À cette fin, cette thèse propose d'aborder de façon statistique la dynamique des systèmes galactiques, en reliant les distributions des propriétés de ces objets aux caractéristiques statistiques des interactions qu'elles subissent. Les travaux exposés se concentrent sur la composante ”halo de matière noire” des systèmes galactiques, qui agit comme un transmetteur entre environnement cosmologique et galaxies.<br />Cet objectif nécessite à la fois une description correcte des processus dynamiques internes et une bonne connaissance des propriétés des environnements dans lesquels baignent les halos. Afin de répondre à cette double exigence, le cadre propose ici repose sur une approche hybride où les processus internes sont abordés via les outils analytiques de la dynamique galactique, tandis que les caractéristiques des interactions sont extraites de simulations à grande échelle. Les échanges (accrétion et champ de marée) entre les halos et le milieu extérieur sont décrits en termes de flux de matière au travers de la sphère de viriel et de potentiel projetés. La description des interactions se ramène à la caractérisation statistique d'une condition limite. Cette vision “halocentrique” permet en outre de conserver l'information angulaire et cinématique nécessaire au calcul de la réponse dynamique des halos.<br />La dynamique est abordée dans le régime des faibles interactions via une description perturbative non linéaire de la réponse d'un système non collisionnel ouvert. Compte tenus des temps dynamiques courts opérant au sein des halos, l'influence des faibles perturbations se manifeste via des processus résonnants, correctement décrits par un formalisme en angle-actions. Cette théorie doit permettre de décrire des phénomènes tels que la friction dynamique ou l'effeuillage par effet de marée. A partir d'une extension de la “méthode matricielle” décrivant la dynamique dans l'espace des angles-actions, il est démontré comment cette technique analytique exprime directement les caractéristiques statistiques de la réponse des halos en fonction des propriétés de leur environnement. Cette “propagation statistique” ne fait pas appel aux réalisations individuelles de systèmes en interaction, mais nécessite une connaissance complète des propriétés de l'accrétion et du champ de marée, ainsi que leurs interdépendances statistiques. L'évolution séculaire du halo dans le régime des interactions récurrentes est également décrite dans un formalisme quasi-linéaire. L'évolution de la fonction de distribution du halo y est décrite comme une diffusion au long cours des orbites du système, induite par la présence de perturbations externes.<br />Les propriétés de l'accrétion et du champ de marée sont extraites d'un ensemble de simulations cosmologiques permettant de réduire les effets de variance cosmique. Cette mesure permet une description quantitative des interactions et représentative de la diversité des cas de figure. Ces études sur simulations sont limitées au régime de faibles interactions pour des redshifts inférieurs à 1. La distribution du flux de masse au rayon de viriel a permis de contraindre quantitativement le degré d'anisotropie de l'accrétion de matière par les halos. Cette mesure en termes de flux est complétée par une étude détaillée de la distribution des satellites qui confirme un excès d'accrétion équatoriale de l'ordre de 15 pour cents et qui est interprétée en termes de flux filamentaire. Les propriétés de l'accrétion et du potentiel sont abordées de façon plus exhaustive via une description adaptée à la propagation statistique. Les propriétés cinématiques de la matière passant au travers du rayon de viriel mettent en évidence le caractère distinct de la matière nouvellement accrétée de celle ayant déjà interagit avec le halo. Cette différence se manifeste dans la trajectoire des flux de masse impliqués ou dans leurs vitesses caractéristiques. Les mesures de corrélations angulo-temporelles du potentiel au rayon de viriel indiquent un champ de marée stationnaire et hautement quadripolaire, traitant la distribution de matière dans les régions périphériques du halo. Les mêmes corrélations sont mesurées pour le flux de masse, montrant en particulier l'invariance au cours du temps du spectre de puissance de la matière noire au rayon de viriel. Une courte étude sur la distribution des métaux liés aux sous-structures illustre comment les études observationnelles peuvent fournir des contraintes statistiques sur la distribution de matière au sein des halos.<br />De façon générale, l'établissement d'un lien entre propriétés statistiques de l'environnement et distribution des réponses dynamiques des halos permet d'envisager un large champ d'applications. D'une part, la connaissance des flux doit permettre de prédire les propriétés statistiques de la répartition de la matière noire au sein des halos. À l'inverse, les traceurs observationnels de la distribution de matière (émission X, effet SZ, lentilles gravitationnelles, systèmes absorbants) fournissent des contraintes sur les propriétés réelles des flux, ainsi que sur les modèles sous-jacents de halos (profil de masse par exemple) et sur les biais associés aux traceurs utilisés (rapports M/L par exemple). Enfin, une validation à terme de la propagation statistique permet d'entrevoir la mise en place de l'inversion dynamique qui permet de remonter à l'histoire d'interaction d'un halo à partir de son état actuel.

Une simple classification morphologique des galaxies de l'Univers local montre deux grandes familles: (1) les galaxies disques, avec des bras spiraux et dans deux-tiers des cas une barre stellaire; et (2) les galaxies elliptiques et lenticulaires, dites galaxies de type précoce ou early-type galaxies (ETGs), qui sont dominées par une composante stellaire sphéroidale. Les galaxies les plus massives de l'Univers local sont les ETGs. Ces galaxies présentent aussi une large variété de dynamique stellaire: elles peuvent avoir un champ de vitesse régulier et aligné avec la photométrie ou perpendiculaire à la photométrie; ne présenter aucune rotation globale; ou alors être composées de deux disques en contre-rotation l'un par rapport à l'autre (Kinematically Distinct Core ou KDC). Ces signatures dans la dynamique stellaire des ETGs et leur importante masse sont des signes d'interactions passées, en particulier des signes de fusions de galaxies. Le but principal de ma thèse est d'analyser un large échantillon de simulations numériques à haute résolution de fusions binaires de galaxies. Ces fusions sont dites "idéalisées" car elles ne prennent pas en compte le contexte cosmologique de formation des galaxies : deux galaxies en isolation sont lancées sur une orbite permettant la fusion de ces galaxies, le résultat final attendu de la fusion étant une ETG. L'analyse statistique de ce large échantillon de simulations nous permet de relier les conditions initiales de la fusion à la galaxie finale. J'ai démontré que le rapport de masse entre les spirales initiales et que l'orientation de leurs moments angulaires sont des points essentiels à la formation des ETGs avec peu ou beaucoup de rotation et des KDCs. La morphologie de la spirale (rapport Bulbe/Disque) est aussi un point important pour la formation des KDC mais son impact n'est pas clair et de nouvelles simulations sont nécessaires pour conclure. Durant ma thèse, j'ai aussi étudié l'importance de la résolution dans les simulations numériques de fusion de galaxies. J'ai montré que le nombre de particules et la taille des cellules utilisées ont une importance prépondérante dans les résultats finaux. Une trop faible résolution (i.e. peu de particules et une grille grossière) ne permet pas de suivre l'évolution rapide du potentiel gravitationnel lors de la fusion. Dans ce cas, certaines particules n'évacuent pas leur moment angulaire vers l'extérieur de la galaxie: la galaxie résultante de la fusion garde ainsi une plus forte rotation. A haute résolution, la dispersion de ces orbites est résolue, la galaxie résultante possède donc une faible rotation et peut former, sous certaines conditions initiales, un KDC.

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2006. / Title from first page of PDF file. Includes bibliographical references (p. 197-204).

Thèse doctorat : Astronomie : Strasbourg 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 7 p.

The work presented in this thesis investigates the evolution of starforming galaxies over the last ten billion years. This time period encompasses nearly three-fourths of the age of the Universe, when a substantial fraction of the total stellar mass forms, and the sites of active star formation shift to lower-mass galaxies. The first study presented here combines galaxies from the spectroscopic datasets of the FORS Deep Field and the MUNICS Survey and provides the first significant investigation of the specific star formation rate (SSFR; star formation rate [SFR] per unit stellar mass) over a wide range of stellar masses and redshifts (reaching redshift z = 1:5). From [OII]-derived SFRs, we find that low-mass galaxies have higher SSFRs all the way to z = 1:5, implying that star formation contributes progressively more to the growth of stellar mass in low-mass galaxies than in high-mass galaxies. In the follow-up to this study, we combine several near-infrared-selected samples to create one of the largest collections of galaxies with spectroscopic redshifts and morphologies from Hubble Space Telescope images, to characterize the stellar mass build up in galaxies since z = 1:6. The primary data comes from the FORS Deep Field, the MUNICS Survey, the GOODS-South field as observed by the K20 survey and ESO, and the Sloan Digital Sky Survey as a local comparison sample. After bringing together extensive photometric and spectroscopic data sets from several publicly available surveys, we use identical methods to derive physical properties and investigate how galaxy populations evolve with time. Galaxy properties include stellar masses derived from multiwavelength photometry, star formation rates calculated from [OII][lambda]3726Å emission lines, metallicity, color, and SSFRs. We find that the reddest, yet actively star-forming, disk-dominated galaxy population present at z ~ 1:3, decreases in number by z ~ 0:3 during the same timeframe when the bluest quiescent, disk-dominated galaxy population increases in number. We confirm the previously identified morphological separation in the SSFR versus M[subscript asterisk] plane found for local samples and for galaxies at z = 0:7: bulge-dominated galaxies are more massive and have lower SSFRs. We extend this relation for the first time to z = 1:6, showing that galaxies with high SSFRs and diskdominated structures tend to shift to lower masses as redshift decreases. We identify an observed upper envelop in SSFR that lies roughly parallel to lines of constant SFR, decreases with time, and is unaffected by incompleteness among the samples. We apply common star formation histories (constant, ex ponential, and power law) to understand the evolving populations we see, but cannot simultaneously reproduce low-mass galaxies with high SSFRs and highmass galaxies with low SSFRs at all redshifts and over our full mass range. Current semi-analytic models attempt to understand the mass at which galaxies stop forming stars through connections to Active Galactic Nuclei feedback, gas consumption, declining galaxy merger rates and/or changes in the incoming cold gas supply, but none can explain the gradual and constant decline of star formation consistent among all galaxies below this mass. We suggest a possible resolution where star formation histories of galaxies are dependent on morphology, in addition to the growing evidence for lower mass galaxies to begin forming stars at later times, and with lower initial SFRs than the initial SFRs experienced at earlier times by higher mass galaxies. / text

In this thesis, I explore both obscured and unobscured star formation over a large fraction of cosmic time. I use the HAWK-I Y -band science verification data over GOODS-South, in conjunction with optical and infrared data to search for Lyman-break galaxies at z >∼ 6.5 (i.e. within the first billion years of the Universe). I find four possible (two robust) z′-drop candidates (z >∼ 6.5) and four possible (but no robust) Y -drop candidates (z >∼ 7). I use my results to place constraints on the luminosity function at z ∼ 6.5 and find significant evolution in the population of Lyman-break galaxies between 3 < z <∼ 6.5. I also explore obscured star formation with a population of 70μm selected galaxies over the COSMOS field. I use AAT spectroscopy in conjunction with other available spectroscopic redshifts for my sample, and photometric redshifts otherwise, to calculate the total infrared luminosity of each galaxy. Two libraries of spectral energy distributions are considered; Siebenmorgen & Krügel (2007) templates and Chary & Elbaz (2001) models. We have supplemented our data with that of Huynh et al. (2007) collected over the GOODS-North field and adapted it to directly compare with the results of this work. The far-infrared luminosity function is then determined using the 1/Vmax technique. A double power law parameterisation is found to provide the best fit to the data. The far-infrared luminosity function was fitted for all parameters and the evolution was measured out to z ∼ 1. Three different types of evolution were allowed, pure luminosity, pure density and luminosity dependent density evolution. In all cases strong positive evolution was evident with the best-fit case being pure luminosity evolution where p = 2.4+0.6 −0.7. Due to the larger volume surveyed compared to previous studies, this work provides better constraints on the bright end of the far-infrared luminosity function displaying a shallower bright end slope (α2 ∼ −1.6) than previously determined, implying a higher number density of the most luminous objects and thereby a greater contribution from these objects to the total infrared energy density. However the shallower slope determined here can be reconciled with other work if the Chary & Elbaz (2001) models are used instead of the Siebenmorgen & Krügel templates; demonstrating that spectral energy distribution model selection is a key component in determining luminosity functions at far-infrared wavelengths. The far-infrared–radio correlation (FIRC; qIR) was determined for the sample of 70μm selected star-forming galaxies using 1.4GHz radio data over the COSMOS field, and no evolution was found out to z ∼ 2. The 70μm monochromatic evolution in the FIRC was also examined (q70) and no evolution was found in this parameter with redshift.

The Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX) will map the power spectrum of 0.8 million blindly discovered Lyman-alpha Emitting Galaxies (LAE) using a revolutionary new array of massively replicated, fiber-fed spectrographs dubbed the Visible Integral-Field Replicable Unit Spectrograph (VIRUS). In the era of the Hobby-Eberly Telescope wide-field upgrade, the current Low Resolution Spectrograph (LRS) must be replaced with a fiber instrument. In this thesis, I discuss the development of the second generation LRS (LRS2), which is an R>1200 multi-channel instrument based on the VIRUS design and fed by a 287 fiber, 7” x 12” microlens coupled integral field unit. I focus on the blue optimized version of the instrument (3720<[lamda] (Angstroms)<7000), specifically on the opto-mechanical design of the VPH grisms. With the purpose of making the instrument ideal for the follow-up of LAE in the HETDEX survey, I discuss the science drivers for selecting the spectral resolution of the instrument. To test the utility of such an instrument, I present R~2400 spectra of two LAE that were originally discovered in the HETDEX Pilot Survey (Adams et al. 2011). These data were taken with the VIRUS prototype spectrograph in a high-resolution mode at the McDonald Observatory Harlan J. Smith 2.7 m telescope. The Lyman-alpha line profiles are constrained by near-infrared observations of rest-frame optical emission lines from Finkelstein et al. (2011), which set the systemic redshift of the galaxies. I discuss the velocity offsets of the Lyman-alpha line from the systemic line center and the implications for the HETDEX survey. I compare the line profiles to theory, specifically to those describing dust attenuation, outflows or inflows of neutral gas on the galactic scale, and attenuation in the intergalactic medium. This study provides an example of how LRS2 can be used to probe Lyman-alpha emission in 2<z<3 star-forming galaxies. / text

No description available.

The Sunyaev Zel'dovich effect (SZE) is a secondary distortion of the cosmic microwave background (CMB) spectrum produced by galaxy clusters that allows for measurements of intra-cluster gas properties. Current experiments are using large arrays of multiplexed transition-edge sensor bolometers to achieve the sensitivities required for SZE cluster surveys and targeted cluster SZE observations. This thesis describes the APEX-SZ experiment, the first instrument to produce scientific results from observations with such an array. The scientific motivation for the APEX-SZ experiment is discussed, followed by a description of the APEX-SZ experiment and frequency domain multiplexing technologies. We have developed a custom data reduction pipeline for the experiment which uses a variety of filters, both in the temporal and spatial domain to produce 1' resolution maps of the SZE at 150GHz. The results of data analysis for the Bullet cluster (lE0657-56) and Abell 2204 (A2204) are presented. Both clusters are assumed to be isothermal and in hydrostatic equilibrium, allowing a fit to an isothermal beta-model and subsequent mass fraction estimates. The maximum likelihood parameters and constant likelihood 68% confidence intervals are estimated using a Markov-Chain Monte Carlo method to sample the beta-model parameter space. We measure cluster gas mass fractions with r 2500 to be 0.140 +/- 0.035 and 0.058 +/- 0.035 for the Bullet cluster and A2204 respectively. The Bullet gas mass fraction is consistent with previous results from X-ray analysis. The gas mass fraction for A2204 does not agree well with other A2204 observations, however the large scatter in the gas mass fractions determined from previous X-ray and SZE analyses indicates that a more complex density model may be appropriate for this cluster.

We have observed the nearest ultraluminous infrared galaxy Arp 220 with a 13 month near-infrared observing program using the Canada France Hawaii Telescope to search for obscured supernovae in this extreme star forming environment. This monitoring program was aimed as a feasibility study to determine the practicality of a large scale near-IR LIRG/ULIRG imaging survey. Establishing the supernova rate in these dusty galaxies is an important step toward confirming theorized star formation rates and settling the debate between the dominant energy source in LIRGs: star formation or AGN activity. Both the deduced high star formation rate and far-IR luminosity of Arp 220 suggest an atypically high supernova rate of 1-4 per year, two orders of magnitude greater than that of the Milky Way. We attempt the first direct observation of this rate which to date has been probed primarily through radio measurements of supernovae and remnants. Through a point-spread function matching and image subtraction procedure we find no supernovae outside the galactic nucleus, consistent with the paradigm of a strong nuclear-contained starburst. Image subtraction residuals prevent the discovery of supernovae in the central regions of the galaxy. Using differential photometry we find evidence for a statistically significant brightening in the Arp 220 nucleus with a K-band peak of approximately $\Delta m_K=0.16$ magnitudes. To find the true peak magnitude we use Hubble Space Telescope archival data to subtract off the nuclear background and find an absolute magnitude of $M_K = -22.19 \pm 0.16$ (non-absorbed). This exceeds the luminosity of a typical core collapse supernova by roughly 3.5 magnitudes; rather, the observed variations in nuclear brightness are most likely the signature of an active galactic nucleus embedded in the dusty nuclei of Arp 220 or the superposition of light from several supernovae. This method is not sensitive to the detection of individual supernovae and we cannot rule out the occurrence of any nuclear SNe during the observing period. The brightening event is dimmer in the H and J bands, appearing to be affected by extinction. Interpreting this as a supernova-related event we estimate the extinction in the nuclear regions of Arp 220 to lie between $2.01 \le A_K \le 3.40$ or $17.95 \le A_V \le 30.36$ in the optical, in agreement with several other estimates. Improved resolution is required in order to detect supernovae in the extremely bright nuclear environments of LIRGs. Alternatively, infrared spectroscopy would reveal the telltale spectral features of nuclear supernovae. Spectroscopic observations of the Arp 220 nuclei were conducted using Keck in July 2013 for this very purpose; results are pending. We also explore the hypothesis that type Ia supernovae are produced primarily from young stellar populations. We model elliptical galaxies as two component stellar systems using PEGASE stellar templates: a fixed older underlying population coupled with a younger, less massive population. Varying the age and mass ratio of the young component, we examine its effect on I) the colours and II) the supernova rate of the single underlying population. We explore the effect with redshift and employ both theoretical and observational forms of the type Ia delay-time distribution. We then apply our models to the MENeaCS supernova survey and find that the number and distribution of red sequence SN Ia hosts agrees with theoretical expectations. The lack of evidence for a type Ia rate cutoff argues for a continuous delay-time distribution in support of the double degenerate model as the primary SN Ia progenitor channel. We conclude that it is not possible for all type Ia events in ellipticals to originate from a young frosting of stars. / Graduate / 0606 / jkezwer@uvic.ca