Academic literature on the topic 'L'Univers à grand décalage spectral'

Des trous noirs supermassifs (TNs) de plusieurs millions de masses solaires occupent le centre de la plupart des galaxies proches. La découverte du TN Sagittarius A* au centre de notre galaxie, La Voie lactée, l'a confirmé. Pour autant, certaines galaxies semblent dépourvues de TNs (par exemple NGC205, M33), ou alors ne posséder un TN que de quelques milliers de masses solaires. D'autre part, des TNs dans leur forme la plus lumineuse, appelés quasars, dont la luminosité est plus importante que des centaines de fois celle d'une galaxie toute entière, ont été observés à très grand décalage spectral, lorsque l'Univers n'était alors âgé que d'un milliard d'années. Les modèles de formation des TNs doivent expliquer à la fois l'existence des TNs de faibles masses observés aujourd'hui dans les galaxies de faibles masses, mais aussi leur prodigieux homologues quasars dans l'Univers jeune. La formation des TNs pose encore de nos jours de nombreuses questions: comment se forment les TNs au début de l'histoire de l'Univers? Quelle est leur masse initiale? Quelle est la masse minimale d'une galaxie pour posséder un TN? Pour répondre à ces questions et pour étudier la formation des TNs dans le contexte de l'évolution des galaxies, nous avons utilisé des simulations hydrodynamiques cosmologiques, qui offrent l'avantage de suivre l'évolution temporelle de nombreux processus comme la formation stellaire, l'enrichissement en métaux, les mécanismes de rétroactions des TNs et des supernovae. J'ai particulièrement dirigé mes recherches sur les trois principaux modèles de formation des TNs à partir du reliquat des premières étoiles, d'amas d'étoiles, ou encore par effondrement direct<br>Supermassive black holes (BHs) harboured in the center of galaxies have been confirmed with the discovery of Sagittarius A* in the center of our galaxy, the Milky Way. Recent surveys indicate that BHs of millions of solar masses are common in most local galaxies, but also that some local galaxies could be lacking BHs (e.g. NGC205, M33), or at least hosting low-mass BHs of few thousands solar masses. Conversely, massive BHs under their most luminous form are called quasars, and their luminosity can be up to hundred times the luminosity of an entire galaxy. We observe these quasars in the very early Universe, less than a billion years after the Big Bang. BH formation models therefore need to explain both the low-mass BHs that are observed in low-mass galaxies today, but also the prodigious quasars we see in the early Universe.BH formation is still puzzling today, and many questions need to be addressed: How are BHs created in the early Universe? What is their initial mass? How many BHs grow efficiently? What is the occurrence of BH formation in high redshift galaxies? What is the minimum galaxy mass to host a BH? We have used cosmological hydrodynamical simulations to capture BH formation in the context of galaxy formation and evolution. Simulations offer the advantage of following in time the evolution of galaxies, and the processes related to them, such as star formation, metal enrichment, feedback of supernovae and BHs. We have particularly focused our studies on the three main BH formation models: Pop III remnant, stellar cluster, and direct collapse models

Ce travail de thse se concentre sur la mesure des décalages spectraux de galaxies (redshifts) et leurs applications à la cosmologie. Cette étude se place dans le contexte du modèle standard cosmologique dont nous décrivons le fonctionnement et les limites. En particulier nous rappelons que le contenu en matière noire et en énergie sombre constitue la source principale d'investigation des grands relevés cosmologiques présents et futurs. Partant du principe que les redshifts photométriques, seuls capables d'être mesurés pour des millions d'objects, sont indispensables à la cosmologie observationnelle moderne, nous montrons comment il est possible d'obtenir une précision de 1--3\% sur leur mesure. Nous avons appliqué cette méthode sur les données du Canada-France-Hawaii Legacy Survey (CFHTLS) et porté une attention particulière aux erreurs statistiques et systématiques. Nous avons utilisé les catalogues de redshifts photométriques pour mesurer l'agrégation des galaxies dans le CFHTLS wide. Le grand nombre d'objets nous a permis de construire des échantillons limités en volumes pour lesquels nous avons trouvé une forte disparité entre types de galaxies séparés en couleur. Les galaxies rouges sont plus lumineuses et plus agrégées que les galaxies bleues. Nous avons ajusté le modèle de distribution d'occupation des halos (HOD) sur ces échantillons et trouvé un très bon accord avec les données. Nous avons observé que les halos qui abritaient les galaxies rouges étaient plus massifs que pour les bleues et que leur masse augmentait avec la luminosité des galaxies.

Les systèmes Lorentziens Lyman-alpha à grand décalage spectral, observés en absorption sur la ligne de visée de quasars, sont les signatures spectrales du milieu interstellaire dans l'Univers lointain. Peu d'outils sont cependant à notre disposition pour comprendre les propriétés physiques des objets associés. Une technique qui se base sur de la physique bien comprise et qui a été largement appliquée au milieu interstellaire local est l'étude de l'hydrogène moléculaire. Les propriétés radiatives et collisionnelles spécifiques de cette molécule en font une sonde très sensible aux conditions physiques du gaz.<br /><br />Dans cette thèse, j'étudie la présence d'hydrogène moléculaire dans le milieu interstellaire à grand décalage spectral en m'appuyant sur un échantillon unique de systèmes Lorentziens Lyman-alpha observés à grand rapport signal-à-bruit et haute résolution spectrale. Je présente des travaux dont l'objectif est de comprendre les propriétés et les conditions physiques du gaz neutre associé à ces systèmes (température, densité, composition chimique, fraction moléculaire, contenu en poussières, intensité du champ de radiation incident). <br /><br />J'effectue en parallèle une recherche systématique et une étude statistique des systèmes Lorentziens afin de mesurer le contenu en gaz neutre de l'Univers, caractériser sa distribution et son évolution au cours du temps et contraindre ainsi la formation des galaxies.<br /><br />Je montre enfin la possibilité de détecter et d'étudier d'autres molécules telles que l'hydrogène moléculaire deutéré et le monoxyde de carbone dans le milieu interstellaire à grand décalage spectral. Les outils d'analyse automatique de spectres développés dans cette thèse ont conduit à la première détection de CO dans un tel milieu, ouvrant la voie à l'astrochimie du milieu interstellaire dans l'Univers lointain.

Cette thèse est consacre à l'étude de la poussière et du gaz dans les quasars (QSO) grand décalage spectral à l'aide d'observations (sub)millimétrique et radio.<br /><br />Les relevés dans le continuum infrarouge et radio de QSO optiquement lumineux et radio faibles 1.96. La relation entre l'émission infrarouge et radio des galaxies locales est vérifiée pour les QSO grand z, indiquant que le chauffage dominant provient des étoiles massives nouvellement formées. Ces études ont mis en évidence une relation entre les activités du trou noir et de la formation stellaire. Les taux de formation stellaire très élevés (~1000Mo/yr) indiquent d'intenses flambées stellaires nécessitant dimportants réservoirs de gaz moléculaire.<br /><br />La détection de CO dans J1409+5628 z=2.56 est décrit en détail et une étude globale du gaz moléculaire des sources grand z est présentée. Dans quelques cas, la détection de plusieurs transitions de CO permet de contraindre les conditions physiques indiquant des températures de 60-100K, et des densités de 10^(3-4) cm-3, comparables M82 ou Arp220. Enfin, la détection de CI et de HCN est rapporte pour deux QSO grand z.<br /><br />Ces travaux ont permis de contraindre les conditions physiques dans les galaxies hôtes de QSO à grand z, parmi les objets les plus massifs formés dans l'Univers. Ces programmes exploratoires, qui ouvrent la voie l'étude du milieu interstellaire dans l'environnement extrème des premières galaxies, connaîtront leur plein essor avec la mise en opération du satellite Herschel et des interféromètres eVLA et ALMA.

J'ai consacré mon travail de thèse à la recherche de quasars à haut redshift dans le sondage Canada France High-z Quasar Survey in the Near Infrared (CFHQSIR). L'objectif principal de ce programme est de découvrir des quasars de redshift de l'ordre de z $\sim$ 7 dans les champs larges du CFHTLS (CFHTLS Wide) en utilisant des images réalisées dans le proche infrarouge avec la caméra WIRCam installée au foyer du CFHT. J'ai tout d'abord effectué la calibration photométrique de l'ensemble des données de CFHQSIR. J'ai ensuite étudié la qualité des images ainsi que leur propriété de bruit et leur profondeur. J'ai dans un deuxième temps calculé le nombre de quasars qu'il serait possible de détecter avec CFHQSIR et en ai déduit les contraintes envisageables sur la fonction de luminosité des quasars à z $\sim$ 7. J'ai ensuite procédé à l'identification de candidats quasars parmi les dizaines de milliers de sources que comptent les 130 degrés carrés couvert par CFHQSIR. Des observations de suivi photométriques des candidats ont finalement permis de révéler une cinquantaine d’objets, dont une quinzaine a été sélectionnée pour des observations spectroscopiques au Very Large Telescope (VLT). Celles-ci n’ayant, pour la plupart, pas encore été realisées, la nature exacte de ces sources ne pourra être connue que dans les prochains mois. Pour finir, la dernière partie de ma thèse s’est focalisée sur l’étude de modèles statistiques bayésiens afin de compléter ma méthode de sélection de candidats quasars. Cette étude m'a finalement permis de vérifier que la majorité des objets retenus pour des observations spectroscopiques étaient effectivement les candidats les plus probables<br>My PhD work is focused on the search for high-redshift quasars in the Canada France High-z Quasar Survey in the Near Infrared (CFHQSIR). The main scientific objective of this CFHT Large Program is to search for quasars at redshift z $\sim$ 7 with near-infrared images of the CFHTLS Wide fields acquired with the CFHT WIRCam camera. Firstly, I carried out the photometric calibration of the CFHQSIR images. I performed a detailed analysis of the CFHQSIR data by studying their quality, as well as their noise properties and their depths.Secondly, I computed the number of high-redshift quasars that could be detected with CFHQSIR and the corresponding constraints which could be put on the z $\sim$ 7 quasar luminosity function. Then, I proceeded to the identification of quasar candidates among the many thousands of sources in the 130 square degrees covered by CFHQSIR. Photometric follow-up observations of the candidates revealed about fifty objects, of which fifteen were chosen to be spectroscopically observed with the Very Large Telescope (VLT). Given that this spectroscopic follow-up is not yet completed, the exact nature of these sources will only be known in the coming months. To finish, I applied Bayesian model comparison to my sample in order to complete and consolidate my selection procedure. My candidates were finally classified according to their probability to be a high-redshift quasar. I verified that the majority of the most likely candidates were selected for spectroscopic observations

Nous présentons dans cette thèse un modèle semi-analytique de formation et d'évolution des galaxies. Ce modèle, couple a des simulations cosmologiques de matière noire froide, nous permet de construire des catalogues synthétiques correspondants aux grands relevés cosmologiques en court ou a venir. Ces catalogues nous permettent de confronter les prédictions théoriques aux observation de manière directe. Cette méthode, que nous avons développée, est utilisée ici pour étudier la nature des galaxies a discontinuité de Lyman de l'univers lointain et pour comprendre la distribution spatiale des galaxies de l'univers local aux petites échelles<br>This thesis presents a model of galaxy formation in which the formation of dark matter structures is described with cosmological N-body simulations and the fate of baryons is treated in a semi-analytic fashion. We show how mock observations can be made in order to directly confront the model's predictions with observations. This method is then applied to a detailed study of high-refshift Lyman break galaxies, and used to investigate the nature of the galaxy spatial distribution in the local universe

Les avancées récentes dans la détection des émetteurs Lyalpha à grand décalage spectral ont permis de développer de manière significative la compréhension de l'histoire de l'ionisation de l'Univers durant la réionisation cosmologique. Plusieurs galaxies à un décalage spectral (redshift) de 6-7 ont été détectées. Les observations des zones de dépression Gunn-Peterson dans les spectres de quasars à grand décalage spectral ont tendance à indiquer que l'état d' ionisation de l'Univers a dû subir un changement rapide à z~6 avec une augmentation soudaine de la fraction d'hydrogène ionisée. Réciproquement, les données WMAP montrent que la fraction d'électrons libres dans l'Univers était déjà significative à de beaucoup plus hauts redshifts (~11) (Spergel 2006). La recherche des galaxies à grand décalage spectral, un domaine encore dans sa phase de découverte, est d'une importance primordiale non seulement pour contraindre l'époque de la réionisation, mais aussi pour mieux comprendre la nature des sources qui ont contribué à ce phénomène (population III, quasars, ou autres), et la nature des premières galaxies (à des décalages spectraux de 6 et au-delà, l'Univers est dans son premier milliard d' années), et leur évolution. La plupart des recherches de galaxies à grand décalage spectral est reliée à l'émission Lyalpha.

Depuis une quinzaine d'années, de nombreuses galaxies sont détectées grâce à leur raie d'émission Lyman-alpha à des décalages spectraux supérieurs à 3. Ces objets, dits Émetteurs Lyman-alpha, nous permettent ainsi de sonder les galaxies dans l'Univers lointain, alors âgé de moins de deux milliards d'années. Bien qu'un grand nombre d'Émetteurs Lyman-alpha ait été détecté jusqu'à présent, leurs propriétés statistiques et physiques sont encore mal contraintes. En effet, les observations sont difficiles à interpréter du fait des effets de transfert résonnant des photons Lyman-alpha dans le milieu interstellaire et de la cinématique du gaz. En plus des observations, des efforts théoriques sont donc nécessaires pour mieux comprendre les caractéristiques physiques de ces objets, leur rôle dans le scénario de formation hiérarchique des galaxies, et leur lien avec l'autre grande populations de galaxies lointaines, les galaxies à discontinuité de Lyman. Cette thèse a pour but de proposer une modélisation originale de cette population d'Émetteurs Lyman-alpha dans le contexte cosmologique. La formation et l'évolution hiérarchique des galaxies est décrite grâce au modèle hybride GALICS, associant une simulation à N corps de matière noire, à des prescriptions semi-analytiques pour modéliser la physique des galaxies. GALICS prédit les propriétés physiques d'un large échantillon de galaxies entre z~3 et 7. Les propriétés de la raie Lyman-alpha sont obtenues grâce au couplage de GALICS avec une librairie de modèles numériques, réalisés avec le code MCLya. Avec cette approche, la fraction d'évasion des photons Lyman-alpha et le profil de la raie émergent des galaxies peuvent ainsi être prédits, en prenant en compte les effets de transfert résonnant des photons Lyman-alpha et la cinématique du milieu. Le modèle prévoit une forte dispersion de la fraction d'évasion des photons Lyman-alpha fesc en fonction de leur taux de formation stellaire. Les galaxies peu massives, formant peu d'étoiles ont une fraction d'évasion Lyman-alpha de l'ordre de l'unité. En revanche, fesc est distribué entre 0 et 1 pour les objets plus massifs, formant intensément des étoiles, selon les propriétés physiques des galaxies. Les résultats du modèle donnent un accord satisfaisant avec la plupart des observations, en particulier les fonctions de luminosité Lyman-alpha et UV entre z~3 et 7. Le modèle parvient à reproduire conjointement les propriétés UV des galaxies sélectionnées en UV (galaxies à discontinuité de Lyman) et celles des Émetteurs Lyman-alpha. Nous trouvons que les Émetteurs Lyman-alpha sont des galaxies de masse modérée présentant des profils de raie asymétriques, en bon accord avec les données observationnelles. Le modèle prévoit notamment une forte abondance de galaxies de faible luminosité Lyman-alpha. Ces objets peu lumineux seront une des cibles privilégiées du spectrographe intégral de champ MUSE, qui sera prochainement installé au VLT. Dans le but d'aider à la préparation des futurs relevés que MUSE effectuera, des champs fictifs d'Émetteurs Lyman-alpha ont été construits grâce au modèle pour fournir des prédictions, notamment en terme de comptages et de variance cosmique.

Cette thèse présente la mesure des fonctions de luminosité (LF) des galaxies de z = 0. 05 jusqu'à z = 2 avec les données du VIMOS-VLT Deep Survey (VVDS). Ces mesures apportent une contrainte forte sur les scénarios décrivant la formation et l'évolution des galaxies. La mesure du "redshift" des galaxies est nécessaire pour étudier leur évolution. Je présente tout d'abord une nouvelle méthode de calibration qui améliore considérablement la qualité des "redshifts" photométriques, méthode que j'applique aux données photométriques multi-couleur du VVDS. Je décris ensuite l'acquisition, la réduction, puis la mesure des redshifts spectroscopiques d'un premier échantillon profond (IAB ≤ 24) de 10759 spectres du VVDS, le plus large échantillon profond jamais acquis. L'estimation de LF nécessite un traitement complexe dû aux effets de correction-k, de sélection, de correction de l'incomplétude spectroscopique, de différence de visibilité entre les types de galaxies. Dans le cadre du VVDS, j'ai développé l'outil ALF (Algorithm for Luminosity Function) qui permet l'estimation de la LF et de la densité de luminosité (LD). Je présente cet outil que j'ai développé dans un souci de flexibilité (jeu de filtres, de "templates" ,cosmologie, etc. ). L'application de ALF à l'échantillon spectroscopique du VVDS nous a permis de mesurer la LF globale jusqu'à z = 2 dans le domaine spectral visible. Cette mesure est prolongée en UV lointain avec les données VVDS-GALEX. L'ensemble de ces mesures montrent une très forte décroissance de la luminosité caractéristique des galaxies avec l'âge de l'univers et traduisent la forte décroissance du taux de formation d'étoiles. Finalement, je présente l'évolution de la LF et de la LD en fonction du type des galaxies.