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,Formation stellaire,Brillance de surface faibles,,

Keywords

Galaxies,Star Formation,Low surface brightness,,

Titre de thèse

La formation d'étoiles et son histoire dans les galaxies à faible brillance de surface
Star Formation and its history in low surface brightness

Date

Mercredi 22 Septembre 2021 à 15:00

Adresse

Laboratoire d'astrophysique de Marseille Amphitheatre

Jury

Directeur de these M. Samuel BOISSIER Laboratoire d'astrophysique de Marseille
Rapporteur Mme Françoise COMBES l'Observatoire de Paris
Rapporteur M. Gaspar GALAZ Instituto de Astrofísica Pontificia Universidad Católica de Chile
Examinateur M. Pierre-Alain DUC Observatoire astronomique de Strasbourg
Examinateur M. Ignacio TRUJILLO Instituto de Astrofísica de Canarias
Examinateur Mme Véronique BUAT Laboratoire d'astrophysique de Marseille

Résumé de la thèse

Les galaxies à faible brillance de surface (LSBs) peuvent représenter une fraction significative de toutes les galaxies de l'univers. Cependant, leur origine est encore mal comprise en raison de leur extrême faiblesse qui empêche des observations approfondies. Ces dernières années, grâce à de puissants instruments, nous avons ouvert une nouvelle fenêtre pour étudier les LSB de manière très détaillée. Les galaxies géantes à faible brillance de surface (GLSBs) et les galaxies ultra-diffuses (UDGs) sont deux sous-populations importantes de LSBs. Les GLSBs ont généralement des disques LSBs extrêmement étendus et massifs, riches en gaz, alors que les UDGs sont des galaxies étendues peu lumineuses avec des masses stellaires similaires aux galaxies naines, mais avec des longueur d'échelle aussi grandes que la Voie lactée. Dans cette thèse, j'utilise les données spectroscopiques de Malin 1, l'archétype des galaxies GLSB, pour apporter de nouvelles contraintes sur la nature de cette galaxie. En utilisant les raies d'émission H-alpha et [OII], j'ai extrait une nouvelle courbe de rotation et estimé la densité de surface du taux de formation d'étoiles dans quelques régions de Malin 1. Pour la première fois, nous observons une montée très raide dans la courbe de rotation interne de Malin 1 jusqu'à ~400 km/s, suivie d'un plateau cohérent avec les observations HI. Une modélisation de la masse basée sur ces observations indique que la dynamique de la région interne de Malin 1 peut être dominée par les étoiles, mais qu'à de grands rayons, un halo massif de matière noire est nécessaire. Les taux de formation d'étoiles (SFR) dérivés sont également cohérents avec un disque de type précoce pour la région interne, mais un disque étendu avec un niveau de SFR bien inférieur aux spirales normales. Pour comprendre plus en détail la nature de Malin 1 et d'autres GLSBs, nous aurons besoin à l'avenir de données de meilleure qualité comme les observations IFU. Dans une deuxième approche, j'ai fait une étude complète sur la base d’un échantillon de 135 galaxies LSB/UDG dans l'amas de la Vierge en utilisant un ensemble de données photométriques multi-longueurs d'onde obtenues à partir des relevés NGVS, VESTIGE et GUViCS. Les propriétés photométriques de cet échantillon indiquent qu'elles sont cohérentes avec la population d'UDGs rouges que l'on trouve généralement dans les amas. Il y a également une indication d'un gradient couleur-distance, où les sources plus éloignées du centre de l'amas ont des couleurs plus bleues. Une comparaison de l'échantillon avec des modèles d'évolution des galaxies incluant des effets environnementaux tels que la pression de bélier (RPS), indique également une direction similaire. Presque toutes les sources de l'échantillon ont subi de forts événements RPS au cours de leur vie, transformant des galaxies riches en gaz en ces galaxies rouges que nous observons maintenant. L’age de l'effet de RPS montre également un gradient de distance similaire, où les galaxies vers le bord de l'amas ont des événements RPS en cours ou récents alors que l'événement RPS est plus ancien pour celles près du centre de l'amas avec des événements RPS survenus dans un passé lointain. J'ai effectué une analyse détaillée sur l'une des UDGs de l'échantillon, qui montre des signes d'une queue de régions de formation d'étoiles dans son voisinage, coïncidant avec un nuage HI précédemment identifié comme une "galaxie presque sombre" AGC 226178. Mes résultats indiquent que AGC 226178 pourrait être formée à partir d'un événement RPS en cours ayant commencé il y a près de 200 Myr, la transformant en une UDG rouge. Ceci nous fournit un indice important sur la prédominance des UDG rouges dans les amas proches et la formation de galaxies presque sombres discutée dans la littérature. Ce travail sera également crucial pour l'identification des LSBs et l'étude de leurs propriétés pour les futurs relevés profonds qui observeront les LSBs en très grand nombre.

Thesis resume

Low surface brightness galaxies (LSBs) may represent a significant fraction (50% or more) of all the galaxies in the universe. However, their origin is still poorly understood due to their extreme faintness hindering in-depth observations. In recent years with powerful instruments, we opened a new window towards studying LSBs in great detail. Giant low surface brightness galaxies (GLSBs) and Ultra-Diffuse Galaxies (UDGs) are two prominent sub-population of LSBs. GLSBs are generally found to have extremely extended and massive gas-rich LSB discs, whereas UDGs are faint extended galaxies with stellar masses similar to dwarf galaxies, but with scale-lengths as large as the Milky Way. In this thesis, I use longslit spectroscopic data of Malin 1, the archetype of GLSB galaxies, to bring new constraints on the nature of this galaxy. Using the H-alpha and [OII] emission lines, I extracted a new rotation curve and estimated the star formation rate surface density within a few regions of Malin 1. For the first time, we observe a very steep rise in the inner rotation curve of Malin 1 up to ~400 km/s, followed by a plateau consistent with HI observations. A mass modelling based on this indicates that the dynamics of the inner region of Malin 1 may be dominated by the stars but at large radii a massive dark matter halo is necessary. The derived star formation rates (SFR) are also consistent with an early-type disc for the inner region, but the extended disc with an SFR level much less than normal spirals. To understand the nature of Malin 1 and other GLSBs in more detail, in future we need better quality data like IFU observations. In a second approach, I made a comprehensive study on a sample of 135 LSB/UDG galaxies in the Virgo cluster using a multiwavelength set of photometric data obtained from the NGVS (optical), VESTIGE (Hα narrow-band) and GUViCS (UV) surveys. The photometric properties of this sample indicate that they are consistent with the population of red UDGs generally found in clusters. There is also an indication of a colour-distance gradient, where sources farther from the cluster centre have bluer colours. A comparison of the sample with models of galaxy evolution including environmental effects like ram-pressure stripping (RPS), also points to a similar direction. Almost all of the sources in the sample have undergone strong RPS events in their lifetime, turning otherwise gas-rich galaxies into these red galaxies we observe now. The onset of the RPS event also shows a similar distance gradient, where the galaxies towards the edge of the cluster have ongoing or recent RPS events than those near the cluster centre with RPS events occurred in the distant past. I performed a detailed analysis of one of these UDGs that showed signs of a stripped tail of star forming regions in its vicinity, coinciding with an HI cloud previously identified as an “almost dark galaxy” AGC 226178. My results indicate that AGC 226178 may have formed from an ongoing RPS event that started nearly 200 Myr ago, transforming it into a red UDG. This provides us with an important clue on the predominance of red UDGs in nearby clusters and the formation of almost dark galaxies discussed in the literature. This work will also be crucial in the identification of LSB galaxies and the study of their properties for future deep surveys (e.g. LSST, Euclid, SKA) that will observe LSBs in very large numbers.