Academic literature on the topic 'Structures galactiques'

Avec l'aide des simulations numeriques, on a etudie la formation et evolution des anneaux dans des disques galactiques. Une analyse de fourier a ete faite pour etudier la structure des bras spiraux dans 3 galaxies

Cette thèse étudie la cinématique du disque de la galaxie en vue de contraindre les modèles de sa formation. Elle se place dans le cadre du projet RAVE qui a pour but de faire des mesures spectroscopiques de vitesses radiales et de paramètres stellaires d'un million d'étoiles de l'hémisphère céleste Sud. Pour déterminer les caractéristiques cinématiques du disque, deux méthodes ont été utilisées l'inversion directe des comptages d'étoiles en fonction de la distance et de la vitesse et la modélisation cinématique du disque de la galaxie. Pour l'inversion, la distance photométrique des étoiles a été déterminée à partir de leur magnitude apparente, en faisant une sélection en couleur judicieuse. Les mouvements propres ont ensuite été transformés en vitesse. La méthode d'inversion directe a permis d'obtenir une décomposition cinématique du disque qui présente une nette séparation entre le disque mince et le disque épais. Cependant, cette méthode présente un certain nombre de biais. Le modèle cinématique combine les comptages en magnitude obtenus à partir du catalogue 2MASS avec les mesures de mouvements propres du catalogue UCAC2 et de vitesses radiales de RAVE. Ce modèle est un modèle auto-cohérent qui relie la densité d'étoiles aux dispersions de vitesse via le potentiel gravitationnel. La décomposition cinématique du disque galactique obtenu grâce au modèle montre clairement trois composantes : une première composante (disque mince) avec des dispersions de vitesses verticales compris entre 10 et 25 km.s−1, une deuxième (disque épais) avec des dispersions de [30−45] km.s−1 et une troisième (disque épais sousmétallique ou halo) avec une dispersion de 65 km.s−1. Les deux méthodes donnent une décomposition cinématique qui montre la même séparation cinématique entre les disques mince et épais. En conséquence, les scénarios qui envisagent la possibilité d'un disque mince initial qui aurait été « chauffé »par des nuages moléculaires ou par les bras spiraux sont exclus par ces résultats. D'autres mécanismes de formation du disque épais comme l'accrétion progressive d'étoiles venant de galaxies satellites ou le chauffage voire la création d'étoiles au moment de la rencontre entre une galaxie satellite importante et notre galaxie restent possibles.

Dans cette thèse sur articles, nous nous intéressons aux grandes structures de l’Univers et à leur rôle fondamental pour la cosmologie et la formation des galaxies. Les galaxies naissent et grandissent au sein des filaments de la toile cosmique soulevant la question de l’impact de ces filaments sur les propriétés galactiques telles que la morphologie. Pour étudier cette question fondamentale, nous allons dans un premier temps montrer que dans les simulations numériques de l’Univers, le spin des galaxies est fortement lié à la direction de leur filament hôte avec un comportement qui dépend de leur masse. Ces corrélations spin-filament seront expliquées qualitativement dans le contexte de la formation hiérarchique des structures cosmologiques. Un modèle analytique tenant compte de l’anisotropie de la toile cosmique complètera ce tableau en reproduisant les corrélations observées. Ces idées sont importantes pour comprendre la morphologie des galaxies mais aussi les alignements intrinsèques qui peuvent certaines sondes cosmologiques basées sur la mesure de l’astigmatisme cosmique. Nous allons en particulier mesurer cette contamination dans une simulation hydrodynamique. Dans la seconde partie de ce manuscrit, nous nous poserons la question de comment extraire efficacement de l’information de la toile cosmique en mesurant sa topologie et sa géométrie et en utilisant la théorie perturbative dans un régime quasi-linéaire, la pierre angulaire de ce travail reposant sur l’étude analytique de l’impact de l’effondrement non-linéaire des structures et des distorsions en espace des redshifts sur la statistique du champ de densité cosmique
This thesis by publication is devoted to the theoretical understanding of the large-scale structure of the Universe and its role in the context of cosmology and galaxy formation. The birth and evolution of galaxies occur within the large cosmic highways drawn by the cosmic web and the natural question which arises is whether galaxies retain a memory of the large-scale cosmic flows from which they emerge. To address this key question, we will first show that in cosmological simulations, the spin of galaxies and the direction of their host filament are correlated in a mass-dependent way. This signal will be shown to be qualitatively understood in the context of hierarchical structure formation. An analytic model which explicitly takes into account the anisotropy of the cosmic web will complement this qualitative understanding by reproducing the measured correlations. Those ideas are important to understand the evolution of galaxy morphology but also to understand the intrinsic alignments of galaxies that contaminate cosmological probes like cosmic shear experiments. We will in particular measure this contamination directly from a state-of-the-art hydrodynamical simulation. In a second part, we will address the question of how to efficiently use large-scale structure data to probe the cosmological model describing our Universe by measuring its topology and geometry and using perturbation theory in the weakly and even mildly non-linear regime. The major contribution of this work is to analytically study the effect of redshift space distortions and non-linear collapse of structures on the topology, geometry and statistics of the cosmic density field

Notre Galaxie est de type spirale barrée. Cependant, sa structure reste très mal connue à ce jour et le nombre et la forme de ses bras ainsi que la longueur et l'orientation de la barre sont encore l'objet de vifs débats. Une des techniques à notre disposition pour étudier notre Galaxie est la photométrie. Mais elle est altérée par le milieu interstellaire traversé entre le point d'émission et le point d'observation : c'est l'extinction interstellaire. Elle varie en fonction des propriétés du milieu traversé, c'est pourquoi il est essentiel de disposer de cartographies détaillées de l'extinction interstellaire. Peu de cartographies 3D (position / valeur non-cumulative) existent à ce jour et elles reposent pour la plupart sur un modèle de population stellaire Galactique. Le but de ma thèse a été d'établir de nouvelles techniques de cartographie 3D de l'extinction, indépendantes de toute modélisation de la Galaxie. Pour cela, j'ai développé un algorithme permettant de retrouver l'extinction interstellaire dans une direction d'observation en exploitant les propriétés des étoiles du Red Clump. En présence d'extinction, ces étoiles forment une traînée dans les CMD. En arrivant à détecter la position de cette traînée, on peut déduire la relation distance-extinction dans le champ étudié. En appliquant massivement ce procédé, j'ai établi une carte 3D de l'extinction dans le premier quadrant. Dans un deuxième temps, j'ai utilisé une déconvolution bayésienne pour mettre en place une méthode permettant d'établir une cartographie de l'extinction interstellaire qui sera par la suite adaptable pour obtenir une cartographie 3D de la densité d'étoiles
Our Galaxy is to be a barred spiral. Nevertheless, its detailed structure is still unknown and there is ongoing debate on the number and shape of its spiral arms and bar orientation. One of the main tools that has been developped to study our Galaxy is photometry which is the study of stellar light. However, this light is affected by the instellar medium through which it passes between the emission point and the observation point. This effect is called interstellar extinction, and how it affects the light depends on the properties of the environment through which it passes. That is why it is important to have detailed maps of interstellar extinction. Few 3D (position - non cumulative values) extinction maps exist today, and most of them rely on Galactic stellar population models. The goal of my PhD research was to establish new techniques to map the extinction in 3D, independantly of any model. Initialy, I developed an algorithm to find the interstellar extinction in a line of sight, by taking advantage of the properties of Red Clump Stars. I used stars taken from near-infrared observations. In the presence of extinction, Red Clump stars form a tail in colour-magnitude diagrams. If one can detect the position of the tail, one can deduce the distance-extinction relation for this field. By generalising this process to all our data, we build up a 3D map of the insterstellar extinction in the first quadrant. Because of the limitation of the above method, I subsequently used Bayesien deconvolution to develop a method to determine interstellar extinction. The principal benefit of this method is that it is versatile enough that one can also recover the stellar density

À grande échelle, la distribution anisotrope de la matière forme un large réseau de vides délimités par des murs qui, avec les filaments présents à leurs intersections, tissent la toile cosmique. La matière qui doit former plus tard les halos de matière noire et leurs galaxies afflue vers les nœuds compacts se situant à l’intersection des filaments et garde dans ce processus une empreinte de la toile cosmique. Dans cette thèse, je développe une extension contrainte de la théorie de l’excursion qui, à l'aide d'un modèle de filament, me permet de montrer que l'environnement anisotrope a un effet sur l'histoire de formation des halos de matière noire. La toile cosmique a donc un rôle dans la formation des halos et de leurs galaxies. Dans un second temps, je construis un modèle qui décrit l'évolution de la toile cosmique (fusion de halos, mais aussi de filaments et de murs) afin de mieux contraindre les modèles de formation de galaxies. Le modèle prédit un excès d'accrétion anisotrope dans les filaments par rapports aux nœuds, biaisant ainsi la formation des galaxies. L'effet de l'accrétion anisotrope sur la formation des galaxies est ensuite étudié à l'aide de simulations hydrodynamiques et d'une nouvelle méthode permettant le suivi précis de l'histoire d'accrétion du gaz. J'y montre que le moment angulaire est transporté efficacement des grandes échelles de la toile cosmique jusque dans les zones internes du halo, où les couples gravitationnels le redistribue au disque de la galaxies et au halo interne
The anisotropic large-scale distribution of matter is made of an extended network of voids delimited by sheets, with filaments at their intersection which together form the cosmic web. Matter that will later form dark matter halos and their galaxies flows towards compact nodes at filaments' intersections and in the process, retains the imprint of the cosmic web. In this thesis, I develop a conditional version of the excursion set theory which, using a model of a large-scale filament, enables me to show that anisotropic environment have an impact on the formation history of dark matter halos. The cosmic web then has a role in the formation of halos and their galaxies. I then build a model that is able to capture the evolution of the cosmic web (halo mergers, but also filament and wall mergers) that can be used to better constrain galaxy formation models. The model predicts that an excess of anisotropic accretion is expected in filaments compared to nodes, so that the formation history of galaxies is biased. The effect of anisotropic accretion on galaxy formation is then studied using hydrodynamical simulations and a novel numerical method tailored to accurately follow the accretion history of the gas. I show that the angular momentum is transported efficiently from the cosmic web down to the inner halo, where gravitational torques redistribute it to the disk and the inner halo

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.

Cette thèse a pour but la recherche et l’étude des structures stellaires résultant de l’accrétion de galaxies naines par notre Voie Lactée ou la galaxie d’Andromède (M31). En effet, les théories actuelles sur la formation des halos de galaxies indiquent qu’ils pourraient se construire avec le temps par l’absorption successive de petites structures galactiques. Dans la théorie LCDM actuellement privilégiée, plusieurs centaines de ces fragments proto-galactiques sont nécessaires pour former le halo d’une grosse galaxie comme la Voie Lactée ou M31. Les importantes forces de marée misent en jeu détruisent ces structures et produisent des courants d’étoiles et de matière noire le long de leur orbite. Bien que l’étude de ces structures est nécessaire pour comprendre la formation des galaxies, seuls les courants les plus massifs ont jusqu’à présent été étudiés : celui qui est produit par l’accrétion de la galaxie naine du Sagittaire autour de notre Galaxie et un courant géant qui s’étend sur plus de 100 kiloparsecs dans le halo de la galaxie d’Andromède. Afin de comprendre la formation du Groupe Local et la répartition de la matière noire dans les halos, il est primordial de détecter et de quantifier les courants d’accrétions plus anciens ou provenant de plus petits satellites. La publication de catalogues d’étoiles couvrant une part importante du ciel (2MASS, DENIS, SDSS) est une étape importante dans cette recherche car ils permettent de sonder et d’étudier en détail le halo et les régions extérieures du disque Galactique. En particulier, notre connaissance des parties extérieures des disques galactiques a été grandement modifiée par la découverte de nombreuses structures stellaires qui semblent être les restes de galaxies naines accrétées sur la Voie Lactée. Des structures similaires ont aussi été mises en évidence autour de la galaxie d’Andromède et pourraient indiquer un comportement général des galaxies spirales. Sur les bords de la Voie Lactée, la plus évidente de ces structures est l’Anneau de la Licorne, une structure stellaire qui semblent entourer le disque Galactique. La première partie de cette thèse se concentre sur la recherche du progéniteur de cet Anneau. A partir du catalogue stellaire 2MASS qui couvre tout le ciel dans l’infra-rouge proche, j’ai tracé la distribution des étoiles de la branche des géantes et des étoiles du Red Clump et ai révélé la présence d’une importante surdensité d’étoiles dans la constellation de Canis Major. Cette surdensité, restée jusqu’à présent cachée dans la poussière et la forte densité d’étoiles du disque Galactique, se situe au bord du disque, à environ un kiloparsec sous le plan Galactique. De forme elliptique, elle a une faible épaisseur et contient majoritairement une population stellaire d’ âge intermédiaire à ancien. Afin d’obtenir une meilleure compréhension de cette structure, je présente des données spectroscopiques de ses étoiles, obtenues à partir de trois instruments différents : un échantillon de près de 2 000 spectres observés avec le 2-degree Field sur l’Anglo-Australian Telescope dont la réduction a nécessité que je mette en place un nouveau protocole de réduction ; près de 1 000 spectres haute résolution observés avec l’instrument FLAMES monté sur le Very Large Telescope ; et plus de 600 spectres observés avec le nouvel instrument AAOMEGA, remplaçant du 2-degree Field. Ce dernier jeu de données représente les premières observations scientifiques obtenues avec cet instrument et, par comparaison avec les données FLAMES, je montre son très bon comportement. La comparaison de l’ensemble de ces données avec des modèles de la Voie Lactée montre que la surdensité de Canis Major ne peut être expliquée par notre connaissance actuelle de la morphologie de la Galaxie. J’en conclus que cette structure pourrait être les restes d’une accrétion dans le plan Galactique, potentiellement à l’origine de l’Anneau de la Licorne. Les étoiles de la surdensité suivent une orbite qui pourrait être compatible avec une telle accrétion et, par l’intermédiaire de simulations numériques, je montre en outre qu’un tel phénomène reproduit naturellement l’Anneau de la Licorne. Les vitesses radiales observées ne sont cependant pas incompatibles avec celles du disque Galactique et la structure pourrait aussi être une sous-structure du disque. L’analyse de plusieurs jeux de données me permet par ailleurs de révéler la présence de l’Anneau de la Licorne derrière la surdensité de Canis Major, devant la galaxie naine de Carina et devant la galaxie d’Andromède. L’ensemble de ces nouvelles détections permet de contraindre l’orbite du progéniteur de l’Anneau sur presque tout les deuxième et troisième quadrants Galactiques. Mes simulations indiquent que l’Anneau n’est pas une structure homogène mais doit être produit par la superposition sur le ciel des courants de marée d’une même accrétion, enroulés plusieurs fois autour de la Voie Lactée. Dans la deuxième partie de cette thèse, j’étudie le halo de la galaxie d’Andromède afin d’y quantifier les structures stellaires. En effet, une des difficultés majeures que rencontrent les modèles de formation galactique est leur surproduction, d’un facteur dix à cent par rapport aux observations, de satellites autour des galaxies telles la Voie Lactée ou la galaxie d’Andromède. Il est donc primordial de s’assurer que ces satellites, invisibles dans les observations effectuées jusqu’alors ne sont pas en fait fortement dominés par la matière noire et, de ce fait, très peu lumineux. Pour cette étude, j’utilise des données de la caméra grand champ Mega- Cam, montée sur le Télescope Canada-France-Hawaï. Le catalogue obtenu couvre un quart du halo de M31, d’une distance projetée de 50 à 150 kiloparsecs de celle-ci et il permet de suivre trois magnitudes de la branche des géantes de populations stellaires à cette distance. A partir de cet impressionnant relevé, je montre l’existence de seulement trois galaxies naines faiblement lumineuses dans cette partie du halo de la galaxie d’Andromède. La proximité de ces trois satellites et leur grande similitude pourraient par ailleurs indiquer qu’ils ont été amenés dans le halo de M31 par le même mécanisme. Une recherche automatique de sous-structures plus diffuses indique la présence d’une quinzaine de satellites potentiels qui pourraient donc résoudre le problème des satellites manquants s’ils sont confirmés par des observations plus profondes. Enfin, je montre que le halo extérieur de M31 présente aussi des signes d’accrétions passées. Le relevé me permet de mieux caractériser le courant de marée géant déjà mis en évidence. Je montre qu’il contient une population stellaire riche en métaux concentrée dans ses parties centrales, typique de l’accrétion d’une petite galaxie disque. Je mets par ailleurs en évidence plusieurs structures stellaires visibles jusqu’aux parties extérieures du halo de M31 et qui semblent être des courants d’accrétion diffus. L’ensemble de ces travaux montre que les halos de la Voie Lactée et de la galaxie d’Andromède sont, encore à notre époque, profondément influencés par les accrétions de galaxies satellites qui les peuplent de courants stellaires. L’étude de ces courants stellaires est donc primordiale pour comprendre l’histoire de la formation des galaxies.

Des oscillations sont observées dans de nombreuses étoiles de type solaire. L'astérosismologie permet de sonder leur structure interne. Lors de ce travail nous nous sommes intéressés à l'étoile iota Hor. Comme la plupart des étoiles à planète, elle est surmétallique. Elle appartient au courant des Hyades: elle possède la même cinématique galactique que les étoiles de l'amas. La première partie de cette étude introduit brièvement la théorie des oscillations stellaires et les équations qui y sont liées. Dans une deuxième partie, le comportement des coeurs convectifs dans les étoiles de type solaire est étudié, ainsi que leur influence sur les fréquences d'oscillation. La troisième partie présente l'étude de iota Hor. Dans un premier temps, elle est modélisée à partir des observations spectroscopiques de trois groupes d'observateurs et les fréquences de ces modèles sont calculées. Dans un deuxième temps, les observations avec le spectrographe HARPS sont décrites. Enfin est présentée la recherche du modèle de iota Hor qui ajuste au mieux les observations. Il est montré que cette étoile a été formée avec l'amas des Hyades. Sa surmétallicité provient du nuage primordial à l'origine de l'amas des Hyades et de plusieurs autres. Elle n'est pas la conséquence d'accrétion de planètes dans ses couches externes
Oscillations are observed in many solar type stars. Asterosismology is the only one way to probe the internal structure of stars. In this PhD, we are interested in the star iota Hor. Like most of exoplanet host-stars, iota Hor is metal-rich. This star belongs to the Hyades stream: it has the same kinematical characteristics as the cluster's stars. The first part introduce the theory of stellar oscillations and their equations. In the second part, the behavior of convective cores and their impact on the oscillations frequencies are studied. The third part presents the study of iota Hor. In first time, models of iota Hor and their frequencies are computed from spectroscopic observations of three different groups of observers. In a second time, the observations with the HARPS spectrograph are discribed. Finally, we search the best model which fit these observations. We show that iota Hor was formed with the Hyades clusters. Its overmetallicity comes from the primordial cloud of the Hyades and linked clusters, and not from accretion of metal-rich material