Ecole Doctorale

Physique et Sciences de la Matière

Spécialité

PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : ASTROPHYSIQUE ET COSMOLOGIE

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

galaxies,évolution galaxy,gaz ionisé,Cinématique et dynamique des gaz,formation d'étoiles,milieu circongalactique

Keywords

galaxies,galaxy evolution,ionized gas,gas kinematics and dynamics,star formation,circumgalactic medium

Titre de thèse

Cinématique bidimensionnelle du gaz ionisé de galaxies tardives vues par la tranche dans des environnements de faible et de forte densité.
Two-dimensional ionised gas kinematics in edge-on late-type galaxies in low and high density environments.

Date

Jeudi 2 Décembre 2021 à 14:30

Adresse

Laboratoire d’Astrophysique de Marseille. Pôle de l’Étoile Site de Château-Gombert 38, rue Frédéric Joliot-Curie 13388 Marseille cedex 13 FRANCE Amphithéâtre du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille.

Jury

Directeur de these M. Philippe AMRAM Aix Marseille Université
Rapporteur M. Laurent CHEMIN Centro de Astronomía (CITEVA), Universidad de Antofagasta
Rapporteur M. Roberto RAMPAZZO INAF Osservatorio Astrofisico di Asiago, Italy
Examinateur M. Bernd VOLLMER Observatoire astronomique de Strasbourg
Examinateur M. Matteo FOSSATI Department of Physics, University of Milano-Bicocca
Examinateur Mme Margarita ROSADO Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México
Examinateur Mme Annie ZAVAGNO Aix Marseille Université

Résumé de la thèse

Certaines galaxies spirales ont une composante de gaz chaud localisée dans une structure épaisse appelé gaz diffus ionisé (DIG). Dans les galaxies vues par la tranche, il est possible d’étudier les mouvements longitudinaux dans le plan de la galaxie et la cinématique verticale sans confusion avec le gaz dans le disque. Les couches de DIG détectées à plusieurs kpc hors du plan galactique sont appelées DIG extra-planaire (eDIG). Une propriété galactique essentielle qui régit l’existence d’eDIG est l’activité de formation stellaire de la galaxie, mais il n’est toujours pas clair si l’ionisation de l’eDIG est dû au rayonnement des étoiles massives, comme c’est le cas dans les régions HII, ou si d’autres sources d’ionisation doivent être considérées. L’eDIG présente des propriétés cinématiques différentes de celles du gaz ionisé entourant les étoiles du disque galactique mince. La vitesse de rotation du disque décroit avec la distribution verticale, elle peut être décrite par un modèle dans lequel le gaz est transporté du disque vers le halo, où le potentiel gravitationnel est plus faible et le gaz s’y déplace radialement vers l’extérieur, sa vitesse de rotation décroît mais il conserve son moment angulaire. L’interférométrie de Fabry-Perot offre une couverture bidimensionnelle complète sur un grand champ de vue et une grande sensibilité pour détecter l’émission Hα diffuse avec haute résolution spectrale. Dans ce travail, nous avons étudié des données Hα acquises à l’aide de cette technique pour deux échantillons de galaxies vues par la tranche afin de comprendre la prédominance et la cinématique de l’eDIG. En complément, pour distinguer l’émission du gaz dans le disque de celle en dehors du disque, des données infrarouges proches (NIR) permettent de tracer les composantes stellaires qui constituent l’essentiel de la masse baryonique dans le disque. Ainsi, les images des bandes IR du Digitized Sky Survey et de 2MASS ont été employées pour tracer les disques galactiques. Le premier échantillon, constitué par 43 galaxies de type tardif ayant une inclinaison i ≥ 75deg, a été extrait du catalogue ‘The Herschel Reference Survey (HRS)’. Des caractéristiques particulières des galaxies en interaction avec le milieu intergalactique, autant photométriques que cinématiques, ont été détectées pour 24 des 43 galaxies de cet échantillon. Comme l’évolution séculaire des galaxies peut être fortement perturbé par l’environnement, un second échantillon de référence de 14 galaxies de type morphologique et d’inclination similaires a été sélectionné à partir d’un autre catalogue, le ‘Catalogue de Galaxies Isolées (CIG)’. Les résultats préliminaires montrent que, dans les galaxies isolées, l’amplitude du décalage de rotation augmente avec leur SFR intrinsèque. La grande galaxie spirale de l’amas de la vierge, NGC 4330, est soumise à des transformations majeures dues à la densité de son environnement, donc elle est une galaxy représentative d’échantillon HRS. Pour cet galaxie, il a été effectuée l’analyse photométrique de l’image de la bande ‘i ’ du sondage NGVS et de l’image Hα en bande étroite du sondage VESTIGE. La cinématique du gaz ionisé de NGC 4330 permet de reconstruire l’interaction dynamique de la galaxie avec le milieu intergalactique. L’analyse des champs de vitesses et de dispersion de vitesses, des courbes de rotation et des diagrammes position-vitesses montrent que l’eDIG n’accompagne pas la rotation en corps solide du disque mais qu’il suit des courants (streaming) hors du plan de la galaxie, qui sont causés par le stripping (ram-pressure stripping) du gaz agissant de façon quasi perpendiculaire au plan du disque. Les similitudes cinématiques entre le gaz chaud et le gaz froid (atomique et moléculaire) de cet galaxie ont été aussi étudiées.

Thesis resume

Some spiral galaxies have a hot gas component displaying a thick disk or halo structure known as a diffuse ionised gas (DIG). In galaxies viewed edge-on, it is possible to study the longitudinal motions in the galactic plane and the vertical kinematics without confusion with the gas in the disk. DIG layers detected several kpc out of the galactic plane are called extra-planar DIG (eDIG). A key galactic property governing the presence of the eDIG is the star-forming activity (SFR) of the galaxy, but it is still unclear whether the ionisation of the eDIG is due to radiation from massive stars, as is the case in HII regions, or whether other sources of ionisation should be considered. The eDIG has different kinematic properties than the ionised gas surrounding the stars in the thin galactic disk. The rotational velocity of the disc decreases with vertical distribution, it can be described by a disc-halo flow model in which the gas is transported from the disc to the halo where the gravitational potential is lower and the gas moves radially outwards, its rotational velocity decreases but it keeps its angular momentum. Fabry-Perot interferometry offers full two-dimensional coverage over a large field of view and high sensitivity to detect diffuse Hα emission with high spectral resolution. In this work, we studied Hα data acquired using this technique for two samples of galaxies viewed edge-on in order to understand the prominence and kinematics of the eDIG. Moreover, to discriminate the gas emission in the disk from the gas emission outside the disk seen in projection, the near-infrared (NIR) data provide a distinctive view of the old stellar component which constitute the major fraction of the baryonic mass in the disk. Thus, we used the NIR images from the Digitized Sky Survey and 2MASS to trace the galactic disks. The first sample consists of 43 late-type galaxies with inclination of i ≥ 75 deg, it was extracted from the catalogue ‘The Herschel Reference Survey (HRS)’. Particular features of interactive galaxies with the ICM, both photometric and kinematic, were detected in 24 out of 43 galaxies in this sample. As the evolution of galaxies can be strongly perturbed by the environment, a reference sample of 14 galaxies of similar morphological type and inclination was selected from the ‘Catalogue of Isolated Galaxies (CIG)’. Preliminary results show that in isolated galaxies the amplitude of the rotational lagging increases with their intrinsic SFR. The large spiral galaxy of the Virgo cluster, NGC 4330, is undergoing important transformations due to the density of its environment, hence it is representative of the HRS sample. For this galaxy, it was performed a photometric analysis to the NGVS i−band image and to the VESTIGE narrowband Hα image. The kinematics of the ionised gas in NGC 4330 detected with FP interferometry allowed us to reconstruct the dynamical interaction of the galaxy with the intergalactic medium. The analysis to the velocity field, velocity dispersion field, rotation curves and PVDs indicated that outer disk regions do not follow the solid-body rotation but have peculiar velocities indicative of streaming motions out of the galactic plane driven by the ram-pressure stripping acting almost perpendicularly to the plane of the disk. We also studied kinematic similarities between the hot and cold (atomic and molecular) gas of this galaxy.