Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Ce mémoire détaille l'étude réalisée dans le milieu interstellaire environnant de quarante et une étoiles Wolf-Rayet récemment découvertes (Sharaet al. 2009), dans la Voie lactée. Les quarante et une étoile Wolf-Rayet, dont quinze sont de type WN et vingt-six sont de type WC, ont été analysées en utilisant des relevés d'observation obtenus grâce à différents instruments du domaine des ondes radio et de l'infrarouge. À la suite d'une analyse rigoureuse des étoiles étudiées, nous avons décidé de nous concentrer sur les six qui possédaient les paramètres physiques les plus précis. Les six candidates retenues sont : G298.6-0.14, G300.4-0.52, G303.4-0.72, G312.37-0.38, G318.82-0.48 et G321.95-0.19. Nous avons effectué une analyse spectrale de ces six objets pour les classifier selon leur émission thermique ou non thermique. Trois de ces objets ont déjà fait l'objet d'un rapport. Dans la présente étude, nous proposons de revenir sur ces six objets, mais de proposer une classification pour les trois autres (G298.6-0.14, G303.4-0.72 et GG312.37-0.38). Afin de comprendre davantage leur propriétés, nous les avons analysés en sous-regions. Nous avons réussi à classifier G303.4-0.72 comme un nouveau reste de supernova, et avons remarqué que G312.37-0.38 est composé d'un reste de supernova superposé avec une région thermique et G318.87 comme un nouvelle coquille identifiée autour d'une candidate WR. Une étude plus poussée est nécessaire afin de classifier plus adéquatement G298.6-0.14.

Mon travail de thèse est centré sur la compréhension des propriétés d'émission des gros grains de poussières dans le domaine submillimétrique et du couplage de ces grains avec le gaz interstellaire dans les régions froides et denses. Des observations astrophysiques marquantes (PRONAOS, FIRAS) révèlent que les grains possèdent à grande longueur d'onde des propriétés d'émission inattendues qui ne peuvent pas être comprises par la seule considération des modèles usuels. Pour expliquer ces propriétés, nous avons proposé un modèle original d'émission des grains, basé sur les propriétés physiques intrinsèques des solides amorphes. Ce modèle permet de rendre compte de l'anticorrélation existant entre la température d'équilibre des gros grains T et leur indice spectral d'émissivité Β, déduite des mesures PRONAOS (Dupac et al. 2003) mais également de l'excès submillimétrique observé par FIRAS. Il permet ainsi d'interpréter deux faits observationnels distincts qui n'avaient jamais été expliqués de manière simultanée et définit ainsi le canevas d'un futur modèle de grains. Pour avoir une meilleure compréhension des propriétés d'émission/absorption des grains, j'ai complété ce travail théorique par des expériences en laboratoire sur les propriétés d'absorption de différents types de silicates amorphes, à basse température et grande longueur d'onde. Pour la première fois, nous avons analysé nos spectres d'absorption en distinguant deux domaines fréquentiels (500Μm-1mm et 100Μm-200Μm) dans lesquels l'absorption présente une dépendance fréquentielle différente. Pour des longueurs d'onde comprises entre 500Μm et 1mm, l'indice spectral Β présente une anti-corrélation marquée avec la température, d'allure similaire à celle mesurée par le ballon PRONAOS. Cette variation de l'absorption pourrait être expliquée par la présence de défauts (groupements OH ou ions modifiant le réseau). Dans les environnements froids et denses, les propriétés d'émission des grains sont modifiées notamment par les processus d'agglomération des grains entre eux, processus favorisés par la présence de manteaux de glace. Dans ce cadre il apparaissait intéressant de relier les modifications des propriétés d'émission des grains à celles du gaz. Le traitement et l'analyse de données moléculaires CO et N2H+ en direction d'un filament de la constellation du Taureau nous a permis de démontrer que le processus d'agglomération des grains entre eux n'était pas initié par la présence de manteaux de glace de CO mais plus probablement par celle de manteaux de glace de H2O. Enfin, nous avons confirmé les résultats de SWAS sur la sous-abondance de l'eau en phase gazeuse dans les environnements froids et denses en étudiant, en direction d'un nuage sombre (Cha-MMS1), la raie d'émission submillimétrique de l'eau dans sa transition fondamentale avec le satellite ODIN.

La structure des nuages sombres de la région Taurus-Auriga-perseus et les causes des différences chimiques observées sont etudiées à l'aide de données radio, IR et optique. Des observations millimétriques ont permis de réaliser des cartes détaillées enCO de ce complexe moléculaire interstellaire. De nouvelles molécules métalliques ont été détectées (CLNA,CLK,CLAL, et FAL) ainsi que des isotopes de SICC et HCCCH. Des travaux instrumentaux pour différents radiotélescopes sont aussi décrits.

Cette thèse développe les points suivants : Réactions d'échange de charge avec les ions multicharges dans le milieu interstellaire. Calcul de structure moléculaire. Développement d'une méthode de potentiel-modèle à un électron. Traitement collisionnel quantique de l'échange de charge des ions C(+2), Si(+2), N(+3) et C(+4) avec l'hydrogène atomique dans le milieu interstellaire.

Nous retraçons la vie et le parcours professionnel de Jean Dufay, et ce fil directeur permet d'étudier en même temps le développement des observations et des recherches astrophysiques dans les Observatoires de Lyon et de Haute-Provence. Jean Dufay nait à Blois en 1896. Après son engagement militaire pendant la première guerre mondiale, il entre à l'ENS et obtient l'agrégation de physique en 1921. Il enseigne pendant sept ans dans des lycées, tout en préparant une thèse de doctorat, qu'il soutient en 1928 : Recherches sur la lumière du ciel nocturne.Il choisit alors une nouvelle carrière et entre en 1929 à l'Observatoire de Lyon, comme aide-astronome. Il devient directeur de l'établissement en 1933 et oriente son équipe vers des recherches d'astrophysique stellaire. D'autre part, Jean Dufay fait partie dès 1932 de la commission ministérielle qui étudie la création d'un observatoire d'astrophysique. Il est nommé en 1937 directeur de ce futur établissement, qui deviendra l'Observatoire de Haute-Provence (OHP). Tout en gardant la direction de l'Observatoire de Lyon, il coordonne la construction et l'équipement de l'OHP, qui devient en 1959 l'un des plus modernes d'Europe avec un télescope de 193 cm associé à un grand spectrographe.Jean Dufay dirige les deux observatoires jusqu'à sa retraite en 1966, tout en enseignant à la Faculté des Sciences et en continuant ses recherches astrophysiques. Il publie de nombreux articles et plusieurs livres. Il préside une commission de l'UAI. Il acquiert une notoriété certaine dans la communauté scientifique internationale de son époque.Jean Dufay est l'un des acteurs du renouveau de l'astronomie en France, dans le deuxième tiers du XXe siècle. À son arrivée à Lyon, l'observatoire travaille surtout pour l'astronomie de position, avec des méthodes qui n'ont pas changé depuis 1880. En moins de dix ans, ce type de recherche est abandonné, et remplacé par la photométrie de précision et la spectrophotométrie. Après la seconde guerre mondiale, les pratiques de l'astrophysique sont définitivement intégrées à l'Observatoire de Lyon, qui travaille alors en synergie avec l'OHP / We trace the life and career of Jean Dufay, and at the same time, this allows us to study the development of observations and astrophysical research in the Lyon and Haute-Provence Observatories.Jean Dufay was born in Blois in 1896. After his military involvement in the First World War, he joined the ENS and passed the agrégation in physics in 1921. He taught for seven years in high schools, while preparing a PhD thesis, presented in 1928 : Research on Light in the Night Sky.He then chose a new career and entered the Lyon Observatory in 1929, as an assistant astronomer. He became director of the institution in 1933 and directed his team’s work towards research in stellar astrophysics. Besides, in 1932, Jean Dufay joined the ministerial commission studying the creation of an astrophysics observatory. In 1937 he was appointed director of this future institution, which would later become the Haute-Provence Observatory (OHP). While keeping his post of manager of the Lyon Observatory, he coordinated the construction and equipment of the OHP, which in 1959 became one of the most modern ones in Europe, with a 193 cm telescope associated with a large spectrograph.Jean Dufay was at the helm of the two observatories until his retirement in 1966, while teaching at the Faculty of Sciences and keeping up his astrophysical research. He published numerous articles and several books. He chaired a commission of the IAU, and gained genuine recognition in the international scientific community of his time.Jean Dufay was one of the actors of the renewal of astronomy in France, in the second third of the twentieth century. When he arrived in Lyon, the observatory mainly worked for positional astronomy, with methods that had been unchanged since 1880. In less than ten years, this kind of research fell into disuse and was replaced by precision photometry and spectrophotometry. After the Second World War, astrophysical practices were integrated for good into Lyon Observatory, which then works in synergy with OHP

Nous avons utilisé un algorithme P³M afin de simuler la formation de galaxies dans une boîte cosmologique de (15 Mpc)³ dans un univers ΛCDM d'un décalage spectral de 24 à 2. Nous avons ensuite simulé des vents galactiques anisotropes et suivi l'effet de rétroaction de ces vents sur l'évolution des galaxies naines simulées. Les vents sont modélisés comme étant bipolaires et les angles d'ouverture étudiés sont de α=60°, 90°, 120°, 150° et 180°. Ces vents modélisés ont tendance à se propager dans une direction perpendiculaire à la structure à grande échelle (filament, crêpe) hébergeant la galaxie. Nous incluons l'effet de la suppression de galaxies par la photoionisation à partir d'un décalage spectral z=6 dans cinq de nos simulations et l'ignorons dans les cinq autres afin de comparer cette dernière série de résultats avec des travaux antérieurs. Nous incluons aussi les interactions entre les halos (accrétion, fusion et fission) pour modéliser l'apparition de sursauts d'étoiles produisant des supernovae. Les vents anisotropes sont les plus susceptibles d'enrichir les régions de faibles densités. De plus, ils ont moins de chances de se superposer, ce qui augmente la fraction de milieu intergalactique enrichie en métaux. L'anisotropie grandissante des vents diminue aussi la probabilité qu'un halo soit frappé et dépossédé de son gaz, empêchant ainsi la formation d'une galaxie. Lorsque l'on diminue l'angle d'ouverture des vents de α=180° (un vent isotrope) à un angle α=60°, le nombre de galaxies créées double. Cela a pour effet de produire le double de vents. Ces vents étant plus anisotropes, ils se superposent moins, ce qui a pour résultat que la fraction de volume enrichie passe de 8%, dans le cas de vents isotropes, à 28% pour des vents ayant un angle d'ouverture de 60°. L'anisotropie des vents augmente l'enrichissement des régions de toutes densités, ce qui est dû en partie au fait que les vents de hautes anisotropies sont plus nombreux. Lorsque nous ne tenons pas compte de cet effet, nous remarquons que l'anisotropie des vents crée une augmentation de l'enrichissement pour des densités allant jusqu'à 10p̄, où p̄ est la densité moyenne. Nous attribuons cet effet à l'évolution dynamique de nos simulations. Le gaz situé dans les régions de faible densité est fortement enrichi par les vents anisotropes, mais une partie de ce gaz est ensuite accrétée par les structures à grandes échelles. Les régions de hautes densités sont plus efficacement enrichies que les régions de faibles densités (~80% comparé à ~20%), mais celles-ci sont privilégiées (un maximum d'enrichissement par volume à 0.3p̄). L'effet de photoionisation diminue grandement le nombre de galaxies de faibles masses formées à z<3, ce qui produit une baisse de la fraction de volume enrichie après z=3 puisque l'effet d'accrétion l'emporte sur le nombre de vents créés, particulièrement dans les régions de faibles densités.

Les vents galactiques sont des éléments importants à considérer dans les simulations numériques à grande échelle car ils ont des impacts sur la formation des galaxies environnantes. Puisque les galaxies sont mal résolues dans de telles simulations, les vents galactiques sont habituellement générés par des méthodes semi-analytiques. Dans le cadre de ce projet, un modèle galactique a été développé afin d'améliorer le modèle semi-analytique de Pieri et al. (2007). Ce nouveau modèle permet de suivre de manière consistante l'évolution de l'enrichissement des galaxies en tenant compte des vents stellaires, des supernovae et de différents scénarios de formation stellaire. Les vents galactiques sont générés par l'énergie thermique provenant des supernovae et des vents stellaires à l'intérieur des galaxies. Avec ce formalisme, seules les galaxies ayant une masse inférieure ou égale à 10¹⁰ MQ risquent de contribuer à l'enrichissement du milieu intergalactique. La distribution des vents galactiques dans ce milieu est calculée en respectant l'ordre chronologique des éjectas. De plus, la composition de ce vent peut désormais être décomposée en 31 éléments chimiques. Pour la même quantité d'étoiles formées durant l'évolution galactique, un taux de formation stellaire de longue durée produit un plus long vent galactique qu'un taux de formation stellaire de courte durée. Cependant, ce vent est alors moins dense et moins concentré en métaux. En augmentant l'efficacité de formation stellaire, la portée et la métallicité du vent galactique augmentent également. Par contre, dans certains cas, une trop grande quantité d'étoiles peut complètement balayer le milieu interstellaire de son gaz, ce qui altère l'évolution du vent galactique. Pour respecter la quantité de métaux observée dans le milieu intergalactique, les vents galactiques doivent provenir des galaxies ayant possédé une métallicité initiale différente de zéro au moment de leur formation. Dans ce cas et lors d'une collision galactique, les vents stellaires peuvent contribuer de manière significative au bilan énergétique et à la quantité de carbone et d'azote éjectée dans le milieu intergalactique.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.