Soutenance de thèse de SEILLE Lise-Marie
Titre de thèse
Analyse spectro-photométrique de galaxies à fort taux de formation stellaire: le cas d'un système local poussièreux, Arp 244, et d'objets à raies d'émission intenses à z ∼ 2
Spectro-photometric analysis of star-forming galaxies: the case of a dusty local system, Arp 244, and of strong line emitters at z ∼ 2
Résumé de la thèse
Cette thèse examine les processus physiques à l'origine de l'évolution des galaxies en intégrant des données multi-longueurs d'onde et des techniques avancées d'ajustement de la distribution d'énergie spectrale (SED). L'analyse porte sur deux cas complémentaires : les galaxies des Antennes (Arp 244), un système local en fusion et un échantillon de galaxies actif en formation stellaire à 1<z<3 observé avec JWST. Ces études visent à comprendre l'interaction entre étoiles, gaz et poussière dans la formation des propriétés des galaxies au cours du temps cosmique.
Le chapitre 1 présente les mécanismes fondamentaux de l'évolution des galaxies, notamment la formation stellaire et l'atténuation par la poussière. Il explore la séquence de Hubble et son évolution, en soulignant le rôle des fusions dans la transformation de la morphologie et de la dynamique des galaxies. Les outils d'observation, tels que la photométrie et la spectroscopie multi-longueurs d'onde, sont introduits pour leur capacité à contraindre des propriétés comme la masse stellaire, les taux de formation d'étoiles (SFR) et l'atténuation par la poussière. L'accent est mis sur l'ajustement SED, essentiel pour interpréter la lumière des galaxies et démêler les contributions des étoiles, du gaz et de la poussière dans le domaine ultraviolet (UV) à infrarouge lointain (FIR).
Dans le chapitre 2, le code CIGALE est présenté comme outil clé pour dériver les paramètres physiques des galaxies grâce à une approche de bilan énergétique. Sa flexibilité à intégrer des données photométriques et spectroscopiques multi-longueurs d'onde est mise en avant. Ce chapitre fournit le cadre méthodologique des analyses appliquées dans les chapitres suivants.
Le chapitre 3 applique l'ajustement SED aux galaxies des Antennes, analysant à la fois le système global et 58 régions individuelles. L'étude cartographie des paramètres tels que les SFR, les masses stellaires et l'atténuation de la poussière, démontrant une cohérence entre les propriétés globales et celles dérivées de la somme des régions individuelles. Les résultats révèlent un aplatissement des courbes d'atténuation avec l'augmentation de la poussière, cohérent avec les modèles de transfert radiatif. Les Antennes servent d'analogues aux galaxies en fusion à grand décalage vers le rouge, éclairant les mécanismes de formation stellaire et l'influence de la poussière.
Le chapitre 4 étend l'ajustement SED à un échantillon de 13 galaxies à 1<z<3, combinant photométrie UV-FIR et largeurs équivalentes des raies d'émission d'hydrogène. L'analyse montre que l'intégration de données spectro-photométriques améliore la précision des estimations des SFR et des masses stellaires par rapport à la photométrie seule. Ce chapitre explore également les différences entre modèles stellaires et leur impact sur les propriétés des galaxies.
Enfin, le chapitre 5 synthétise les résultats, soulignant la polyvalence de l'ajustement SED pour étudier l'évolution des galaxies. Les perspectives incluent l'utilisation des futurs relevés photométriques (LSST) et spectroscopiques (MOONS) et l'extension à d'autres longueurs d'onde, comme les ondes radio et les rayons X, pour relier les phases froides et chaudes du gaz aux étoiles et à la poussière.
Thesis resume
This thesis explores the physical processes driving galaxy evolution by integrating multi-
wavelength data with advanced spectral energy distribution (SED) fitting techniques.
Through the detailed analysis of both local and intermediate redshift galaxies, it bridges
the gap between small-scale processes like star formation and large-scale cosmic trends
such as mergers and feedback. The study focuses on two complementary cases: the
spatially resolved analysis of the Antennae galaxies (Arp 244) a nearby merging system
and an intermediate redshift star forming galaxy sample observed with JWST. These
investigations aim to understand the interplay between stars, gas, and dust in shaping
galaxy properties across cosmic time.
Chapter 1 introduces the fundamental mechanisms of galaxy evolution, focusing on
processes such as star formation and dust attenuation. The Hubble sequence and its
evolution over cosmic time are discussed, emphasizing the role of mergers in transforming
galaxy morphology and dynamics. Observational tools such as multi-wavelength pho-
tometry and spectroscopy are highlighted for their ability to probe galaxy properties
like stellar mass, star formation rates (SFRs) and dust attenuation. Special emphasis is
placed on SED fitting, a technique central to this thesis, for interpreting galaxy light and
disentangling the complex contributions of stars, gas, and dust across the ultraviolet (UV)
to far infrared (FIR) spectrum. This foundational context sets the stage for the detailed
analyses presented in later chapters.
In Chapter 2, SED fitting is explored in depth as a method for deriving the physical
parameters of galaxies. This chapter presents the CIGALE SED fitting code, which
employs an energy balance approach to model the emission from stars, dust, and gas. The
flexibility of CIGALE in integrating multi-wavelength photometric and spectroscopic data
is emphasized, highlighting its ability to provide robust constraints on parameters such
as stellar masses, SFRs, and dust attenuation. Detailed explanations of the modelling
components are provided to demonstrate how physical processes are represented within
SEDs. This chapter forms the methodological backbone of the analyses applied to both
the Antennae and JWST galaxy samples in subsequent chapters.
Chapter 3 applies SED fitting to a UV-to-FIR photometric dataset of the Antennae
galaxies (Arp 244), focusing on both the system as a whole and 58 individual regions
within it. SED fitting is used to map the spatial distribution of parameters such as SFRs,
stellar masses and dust attenuation. The results demonstrate a remarkable consistency
between the global properties of the system and those derived from summing the individual
regions, highlighting the robustness of energy balance models for unresolved systems. The
study also reveals a flattening of the dust attenuation curves with increasing attenuation,
a finding consistent with predictions from radiative transfer models. The Antennae
galaxies serve as a valuable analogue for high-redshift mergers, providing insights into
star formation and dust processing in dynamically evolving systems.Chapter 4 extends the use of SED fitting to a sample of 13 galaxies at intermediate redshifts (1<z<3) observed with JWST. The analysis combines UV-to-FIR photometric fluxes with hydrogen emission line equivalent widths (EWs) to derive precise measurements of physical parameters. The findings reveal that incorporating spectro-photometric data leads to more accurate estimates of SFRs and stellar masses compared to photometry
alone, demonstrating the importance of combining different types of data for robust
analyses. Furthermore, the chapter examines systematic differences between different
stellar population models, showing how these assumptions impact the derived galaxy
properties.