Dissertation--Department of astronomy--Stockholm--Stockholm university, 1998. / Notes bibliogr.

Proefschrift--Rijksuniversiteit Groningen, 2000. / Résumé en néerlandais. Notes bibliogr.

Mémoire (M.A.)--Université du Québec à Chicoutimi, 1998. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Les avancées en matière d’instrumentation astronomique permettent maintenant d’obtenir simultanément des millions de spectres sur toute l’étendue d’une galaxie et ce, avec une excellente résolution spatiale et spectrale. Avec une haute résolution spatiale, on constate, entre autres, qu’un très grand nombre de régions HII au sein des galaxies proches baignent dans une composante d’émission associée, de façon générale, à un gaz ionisé diffus (GID). De telles observations remettent en question nos théories sur l’interprétation des raies d’émission pour la détermination des paramètres du gaz et des populations stellaires associées aux régions HII. Pour étudier le GID, j’ai analysé des données obtenues avec le spectrographe à champ intégral OASIS du centre de la galaxie spirale barrée NGC 5430. Le code GANDALF a été utilisé pour séparer dans les spectres la composante nébulaire et stellaire. Une étude de l’émission du gaz et des divers rapports de raies a été effectuée pour les régions HII et les régions dominées par le GID. Les résultats montrent qu’en effet, le GID peut vraiment provoquer des erreurs dans les diagnostics des régions HII à cause des rapports de raies élevés qui le caractérisent. Pour estimer cet effet, j’ai soustrait une composante diffuse représentant le GID à l’ensemble des spectres. Après cette correction, j’ai obtenu des rapports de raies plus faibles d’en moyenne 5% et 25% pour [NII]/Hα et [SII]/Hα respectivement. Un plus grand nombre de pixels montrent des rapports de raies propres aux régions HII après la correction. Les âges des populations stellaires des deux régions HII dominantes du centre galactique que j’ai trouvé à l’aide des largeurs équivalentes des raies d’émission Hα et Hβ sont de 5:80±0:15 Ma et 4:90±0:25 Ma. Le même âge a été trouvé pour les cas sans et avec correction pour le GID, en partie parce que le GID a un effet complémentaire sur le calcul de l’extinction. J’ai aussi comparé le comportement du GID dans la galaxie NGC 5430 avec celui du groupe compact de galaxies HCG 31, un objet présentant des conditions physiques complètement différentes. / Advances in astronomical instrumentation allow us to obtain millions of spectra simultaneously over the entire extent of a galaxy with an excellent spatial and spectral resolution. With a high spatial resolution, we find that a large amount of HII regions are surrounded by a component associated to a diffuse ionized gas (DIG). Such observations question theories on the interpretation of emission lines to determinate the parameters of the gas and stellar populations associated to HII regions. To study the DIG, I analyzed data from the integral field spectrograph OASIS of the spiral galaxy NGC 5430. GANDALF software has been used to isolate nebular emission from the stellar absorption. A study of the gas emission and line ratios has been done for HII regions and regions dominated by the DIG. Results show that the DIG can influence diagnosis of HII regions because of strong line ratios that characterize the DIG. To correct this effect, I subtracted a diffuse component representing the DIG in all spectra. After this correction, I obtained weaker line ratios for [NII]/Hα and [SII]/Hα by 5% and 25%, respectively. More pixels show an HII region behavior afterwards. The ages of stellar populations associated to the two main HII regions in the galaxy center, found with the equivalent width of the emission lines Hα and Hβ, are 5:80 ± 0:15 Myr and 4:90 ± 0:25 Myr. The same age is found for cases with and without correction for the DIG, because the DIG has a complementary effect on the calculation of the extinction. I also compared the DIG behavior in NGC 5430 and in the compact group of galaxies HCG 31, an object showing completely different physical conditions.

Afin de caractériser la structure morphologique et les populations stellaires d'un échantillon de treize galaxies spirales, j'ai analysé des images WISE et GALEX, et j'ai construit des diagrammes magnitude-magnitude et couleur-magnitude pixel à pixel. Les diagrammes présentent des groupes de pixels qui correspondent spatialement aux composantes structurales des galaxies. Les diagrammes ainsi que les profils radiaux de brillance de surface indiquent que les variations de la densité surfacique de masse de la vieille population stellaire jouent un rôle important dans la différenciation des structures. On estime l'âge des jeunes complexes stellaires et l'extinction dans ces galaxies en les comparant à des modèles de populations stellaires simples nées de sursauts de formation stellaire instantanée. L'étude de ces propriétés est possible grâce à la combinaison des données ultraviolettes et infrarouge et à la grande sensibilité de la couleur ultraviolette à la variation de l'âge. On observe un gradient d'extinction dont la pente est liée à la présence d'une barre ou d'une activité nucléaire : en effet, l'extinction décroît avec la distance galactocentrique et la pente est plus petite pour les galaxies ayant une barre ou une activité nucléaire. On observe également un gradient d'âge où les régions externes sont moins évoluées que celles du centre sauf pour les galaxies de type tardif. / To characterize the morphological structure and the stellar populations of a sample of thirteen spiral galaxies, we analyzed WISE and GALEX images, and constructed pixel magnitude-magnitude and color-magnitude diagrams. The diagrams reveal groups of pixels which spatially trace the structural components of the galaxies. The diagrams and radial surface brightness profiles indicate that variations in the surface mass densities of the old stellar populations play a major role in the differentiation of structures. We estimate the ages of the young stellar complexes and the dust extinction in these galaxies by means of comparison to models of simple stellar populations born from an instantaneous burst. The study of these properties is possible through the combination of ultraviolet and infrared data and to the high sensitivity of the ultraviolet colour to variations in age. We observe an extinction gradient whose slope depend on the presence of a bar or a nuclear activity : the exctinction decreases with respect to the galactocentric distance and the slope is smaller for galaxies with a bar or with a nuclear activity. There is an age gradient as well, with the external regions being less evolved than the central ones, except for the late-type galaxies.

Thesis (doctoral)--Rijksuniversiteit Groningen, 1997. / Includes bibliographical references.

Les galaxies sont des systèmes complexes où la dynamique et l'évolution chimique sont intimement liées. Afin d'étudier la formation et l'évolution des galaxies, nous avons développé un nouveau code chemodynamique nous permettant de traiter simultanément et de manière cohérente la dynamique et l'évolution chimique. Notre code décrit le milieu interstellaire et les principaux processus physiques y prennant place. La formation et l'évolution stellaire sont traitées selon un schéma de recyclage non-instantané. Une des originalités du code réside dans le suivi des abondances individuelles de plusieurs éléments chimiques. Celui-ci permet le calcul du refroidissement du gaz conformément à sa composition chimique, l'étude de l'évolution de celle-ci et des gradients d'abondances, aussi bien spatialement que temporellement.<br /><br />Les premiers tests effectués montrent l'importance du suivi des abondances individuelles des éléments, car celles-ci influent sur le refroidissement du gaz et par conséquent sur l'historique de formation stellaire et de l'enrichissement chimique. Notre description à deux phases du milieu interstellaire nous permet de reproduire trois milieux distincts en accord avec les observations. La pente de la fonction de masse initiale des amas stellaires est semblable à celle observée. Finalement, grâce à ce nouveau code chemodynamique, nous sommes en mesure d'étudier les différents mécanismes physiques impliqués dans l'évolution des galaxies aussi bien du point de vue dynamique que chimique.

L'étude des propriétés actuelles des galaxies permet à la fois de comprendre les processus physiques de leur évolution passée et le contenu de l'Univers en matière visible et noire. Les moyens d'observations actuels permettent de quantifier de façon statistique les propriétés morphologiques et cinématiques des galaxies, en fonction de leur environnement. Afin d'interpréter en détail ces propriétés observées, nous avons modélisé la formation et l'évolution passée des galaxies au moyen de simulations numériques. Les codes utilisés, en partie déjà existants et en partie développés au cours de la thèse, modélisent la dynamique gravitationnelle des étoiles et de la matière noire, l'hydrodynamique du gaz interstellaire, et la formation stellaire. Les résultats de ces simulations peuvent alors être comparés quantitativement aux observations, dans plusieurs domaines de longueurs d'ondes.<br /><br />Dans une première partie, nous étudions la morphologie des galaxies isolées. Nous montrons que la plupart des galaxies spirales possèdent une concentration centrale allongée, appelée barre, qui devrait être détruite rapidement par échange de moment angulaire avec le gaz interstellaire. La persistance des barres depuis dix milliards d'années ne peut s'expliquer que si elles ont été reformées, ce qui nécessite l'accrétion de grandes quantités de gaz diffus par les galaxies. L'étude d'autres types d'asymétries, les modes m=1, vient renforcer cette conclusion, et nous déduisons le taux caractéristique d'accrétion de gaz par les galaxies au cours des derniers milliards d'années, de plusieurs masses solaires par ans. Une importante contrainte pour les modèles cosmologiques en découle : l'Univers doit contenir suffisamment de baryons, et ceux-ci ne doivent tous former des étoiles rapidement dans l'Univers jeune, pour que les galaxies continuent à accréter quelques dizaines de pourcents de leur masse à des redshifts inférieurs à z=1.<br /><br /> Les galaxies ont donc grandi par accrétion progressive de gaz diffus, mais les collisions et fusions de galaxies ont également joué un rôle important dans leur évolution. Il est déjà établi que les fusions de galaxies de masses comparables détruisent les disques spiraux et forment des galaxies elliptiques, de forme sphéroïdale. Nous montrons que même la fusion avec de petites galaxies affecte fortement les disques, et qu'un grand nombre de fusions détruisent les galaxies spirales pour en faire des galaxies lenticulaires ou elliptiques ; l'accrétion de gaz évoquée précédemment peut alors expliquer la reformation ultérieure d'un disque galactique fin. Nous avons également établi qu'une succession de fusions mineures avec des galaxies naines peut avoir les mêmes effets qu'une fusion majeure unique avec une galaxie massive, et former une elliptique. Ce nouveau mécanisme de formation amène à réviser l'interprétation des observations sur le contenu en matière noire des galaxies elliptiques, ce qui pourrait déboucher sur des contraintes importantes sur la nature même de cette matière noire.<br /><br />D'autres évènements se produisant lors des collisions de galaxies (formation d'anneaux, naissance de galaxies naines dans les débris de marée) ont été étudiés à l'aide de nos modèles numériques. Ils permettent de contraindre les propriétés de la matière noire en traçant son comportement dynamique dans les collisions de galaxies. La confrontation des modèles aux données observationnelles tend à prouver qu'une partie de la matière noire est mobilisée les débris de collisions et de marées galactiques. Bien qu'une confirmation reste à établir à l'aide d'observations à plus haute résolution, cela indique une dynamique collisionnelle et dissipative pour une partie de la matière noire, probablement sa composante baryonique, favorisant les modèles de matière noire sous forme de gaz froid.<br /><br />La comparaison statistique des observations et des modèles numériques à haute résolution a donc permis d'obtenir un certain nombre de contraintes sur les processus principaux d'évolution des galaxies et sur la matière contenue dans l'Univers. A l'avenir, les possibilités de modélisation et d'observation des galaxies de l'Univers lointain permettront de comprendre encore mieux les mécanismes d'évolution des galaxies, ainsi que la formation stellaire à grande échelle, donc l'histoire des bayons contenus dans l'Univers. Cela permettra d'établir des contraintes plus précises sur les scénarios cosmologiques de formation et d'évolution de l'Univers dans son ensemble.

Nous présentons des données cinématiques 2D obtenues pour un échantillon de 96 galaxies spirales et irrégulières, à partir de l'observation de la raie Ha (656.3 nm). Dans le premier chapitre, nous décrivons le programme d'observation GHASP dans lequel s'inscrit cette thèse. Ensuite, nous détaillons l'instrumentation avec laquelle les observations ont été réalisées (principalement un réducteur focal, un Fabry-Perot à balayage et une caméra à comptage de photons) ainsi que les processus de réduction des données. Dans la quatrième partie, les résultats observationnels sont présentés, soit pour chaque galaxie : la carte monochromatique, la carte du champ de vitesses et la courbe de rotation. L'analyse de l'ensemble des données cinématiques montre notamment que : l'allure des courbes de rotation Ha varie avec la luminosité et le type morphologique. Seules les galaxies de type précoce ont des courbes de rotation décroissantes. Les galaxies barrées présentent un gradient interne de vitesse plus faible que les galaxies sans barre. Les galaxies peu massives et peu lumineuses présentent les courbes de rotation les plus dissymétriques. Les galaxies de type Sd, Sdm et Irr présentent des caractéristiques cinématiques semblables. L'extension maximale des disques Ha varie avec le type morphologique de manière identique à l'extension des disques HI. Dans la dernière partie, des modèles de masse ont été réalisés pour 23 galaxies en utilisant des profils de densité de halos dits plats et piqués. Nos modèles montrent que, pour une majorité des 23 galaxies étudiées ici, les halos sombres tendent plutôt à avoir une densité centrale constante, quel que soit le type morphologique, la magnitude et la masse, en accord avec les précédents travaux basés sur des courbes de rotation.

Dans cette thèse, nous nous intéresserons au contenu gazeux et à l'activité de formation d'étoiles dans les galaxies à disque isolées. Dans la première partie, nous présentons les observations à différentes longueurs d'onde pour un échantillon de galaxies isolées du catalogue de Karachenseva. Les observations de l'émission dans la raie J=1-0 du monoxyde de carbone CO(1-0) de 98 galaxies isolées ont été réalisées avec les radiotélescopes du SEST, du NRAO et de l'IRAM, et 22 objets ont été observés en raie HI 21 cm au radiotélescope de Nançay. Des observations de l'émission dans la raie Ha pour 65 objets isolés ont eu lieu à l'Observatoire de Haute-Provence avec le télescope de 120cm. Les galaxies isolées présentent une émission CO(1-0) plus faible que celle déduite de la plupart des autres relevés extragalactiques, biaisés par des critères de sélection sur l'émission infrarouge. Par ailleurs, leur émission HI paraît normale. Nous montrons que le rapport des masses de gaz moléculaire et atomique vaut en moyenne 0.20: le gaz moléculaire n'est donc pas le composant gazeux majoritaire des disques de galaxies. Ce rapport décroît le long de la séquence morphologique, à l'exception des galaxies de fortes masses dynamiques pour lesquels il reste constant. Cet échantillon de référence nous permet de confirmer qu'il n'y a pas de déficience CO dans les galaxies d'amas, même lorsqu'elles sont déficientes en HI. Le classement de ces objets selon leur morphologie en bande rouge montre qu'il n'y a pas de différences majeures entre galaxies grand-design et flocculentes, barrées ou non-barrées, que ce soit au niveau de leur contenu gazeux ou de leur activité en formation stellaire. Les analyses en composantes principales mettent en évidence les relations unissant l'émission infrarouge, le contenu moléculaire et l'émission de la raie Ha ou continue en bande B. Contrairement à d'autres études, le contenu en gaz atomique apparaît sans influence sur l'activité de formation stellaire. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons développé un code de simulation de transfert de rayonnement UV dans le disque de la galaxie spirale NGC 6946. Avec ce code relativement simple incluant un nombre restreint d'hypothèses, nous parvenons à reproduire les luminosités en infrarouge lointain de cet objet. Nous mettons en évidence le rôle prépondérant des étoiles massives dans le chauffage de la poussière, et la forte contribution des zones de photodissociation aux luminosités totales dans la raie de C+ et dans le continu infrarouge lointain. Le rapport Lc+/LFIR est faible pour le milieu atomique. Enfin, nous mettons en évidence une faible opacité moyenne pour les photons UV pour une galaxie vue