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 d'étoiles,cosmologie observationelle,,

Keywords

galaxies,star formation,observational cosmology,,

Titre de thèse

Cartographier la formation d'étoiles a grand redshift avec les relevés cosmologiques NIKA2
Mapping the dusty star formation at high redshift with the NIKA2 Cosmological Legacy Survey and NOEMA follow-up observations

Date

Vendredi 16 Décembre 2022 à 13:30

Adresse

LAM Château Gombert 38 rue Frédéric Joliot Curie Amphitheatre

Jury

Directeur de these Mme Guilaine LAGACHE Aix Marseille Université
Rapporteur M. James GEACH University of Hertfordshire
Rapporteur Mme Carlotta GRUPPIONI INAF – Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio
Examinateur M. Benjamin MAGNELLI DRF/IRFU/DAp/LCEG CEA Saclay
Examinateur M. Jonathan FREUNDLICH Observatoire Astronomique de Strasbourg - UMR 7550
Examinateur M. Roberto NERI Institut de Radioastronomie Millimetrique
Examinateur Mme Roser PELLó Aix Marseille Université

Résumé de la thèse

Les observations profondes aux longueurs d'onde UV et optiques du cadre de repos ont considérablement amélioré notre compréhension de la formation et de l'évolution des galaxies au cours des trois dernières décennies. Cependant, l'existence de poussières pourrait atténuer les émissions des premières galaxies massives et fausser les études statistiques sur l'évolution des premières galaxies et la formation des étoiles cosmiques. Les observations dans l'infrarouge lointain jusqu'au millimètre complètent les observations optiques en sondant directement l'émission de poussière des galaxies à haut décalage vers le rouge, tandis que des études systématiques profondes sur un grand volume cosmologique ont également été limitées par la capacité d'observation au cours des dernières années. Cette thèse se concentre sur les études des galaxies poussiéreuses à haut redshift et la formation obscure d'étoiles grâce au New IRAM KIDs Array2 (NIKA2), un nouvel instrument continuum sur le télescope de 30m de l'IRAM. Avec son grand champ de vision et sa haute sensibilité, NIKA2 obtient une capacité sans précédent dans les enquêtes profondes et larges en millimètre pour sonder l'émission de poussière des galaxies à haut redshift. Cette thèse décrit d'abord le cadre de réduction et d'interprétation des données NIKA2, qui sont utilisées pour générer les cartes millimétriques profondes et corriger les biais dans la détection des sources et les mesures de flux. En ce qui concerne les résultats scientifiques, nous présentons d'abord les résultats de l'enquête NIKA2 Cosmological Legacy Survey, qui couvre plus de 1000 arc-min carrés avec une profondeur sans précédent. Grâce à ces observations, nous avons obtenu de nouvelles mesures du nombre de sources à 1,2 mm et 2,0 mm, ce qui a permis d'étendre la couverture du flux des résultats antérieurs obtenus avec un seul plat. Grâce au nouveau cadre de réduction et d'interprétation des données, nous tenons compte de l'impact du mélange et de l'amas de sources sur les comptes de nombres pour la première fois dans des enquêtes aveugles à un seul plat. L'amélioration de la correspondance entre les nombres de galaxies corrigés et les observations ALMA à haute résolution suggère que l'impact du faisceau doit être traité avec soin dans l'analyse conjointe des nombres de galaxies à plat unique et interférométriques. Les nombres de galaxies corrigés sont ensuite comparés aux prédictions des modèles théoriques. La deuxième partie de la thèse se concentre sur les mesures de décalage vers le rouge sur les galaxies obscurcies, ce qui est nécessaire pour contraindre l'évolution cosmique des galaxies poussiéreuses et la densité du taux de formation d'étoiles obscurcies à partir des échantillons. Les balayages spectraux millimétriques fournissent une approche non biaisée pour mesurer le redshift des galaxies très poussiéreuses, mais l'observation et l'identification des lignes sont souvent inefficaces. Nous développons une nouvelle méthode pour contraindre conjointement le décalage vers le rouge de la source avec les informations de la photométrie et de la spectroscopie. La méthode utilise les informations provenant de l'ajustement de la SED dans l'IR lointain pour générer des spectres modèles à une large gamme de décalages vers le rouge et trouver la meilleure correspondance avec les données. Nous testons la méthode avec cinq sources résolues provenant des données de NIKA2 Science Verification et obtenons des décalages vers le rouge fiables pour trois sources et un décalage vers le rouge possible pour une autre. Nous soulignons l'application possible de cette méthode hautement automatique à de grands ensembles de données millimétriques et concevons la stratégie de suivi sur l'échantillon N2CLS GOODS-N, où les résultats préliminaires sont également présentés.

Thesis resume

Deep observations at rest-frame UV and optical wavelengths dramatically improved our understanding on the galaxy formation and evolution in the past three decades. However, the existence of dust could dim these emissions from early massive galaxies and lead to bias in the statistical studies on early galaxy evolution and cosmic star formation. Far infrared to millimeter observations compliment the optical observations by directly probing the dust emission from high redshift galaxies, while systematic deep surveys over large cosmological volume have also been constrained by the observing capability in the past years. This thesis focus on the studies on high-z dusty galaxies and obscure star formation through New IRAM KIDs Array2 (NIKA2), a new continuum instrument on the IRAM 30m telescope. With its large field-of-view and high sensitivity, NIKA2 obtains unprecedented capability in deep and wide surveys in millimeter to probe the dust emission from high redshift galaxies. This thesis first describes the reduction and interpretation framework of the NIKA2 data, which are used to generate the deep millimeter maps and correct for the bias in source detection and flux measurements. For the scientific outputs, we first present our results from NIKA2 Cosmological Legacy Survey, which covers more than 1000 square arc-min with unprecedented depth. From the observations, we obtained new measurements on the source number counts at 1.2mm and 2.0mm, extending the flux coverage of previous single-dish results. Thanks to the new data reduction and interpretation framework, we account for the impact of sources blending and clustering on number counts for the first time in single-dish blind surveys. The improved match between the corrected galaxy number counts and the high resolution ALMA observations suggests that careful treatments on the impact of beam should be made in joint analysis of single-dish and interferometric number counts. The corrected galaxy number counts are further compared with the predictions from theoretical models. The second part of the thesis focus on redshift measurements on obscured galaxies, which is required to constrain the cosmic evolution of dusty galaxies and obscured star formation rate density from the samples. Millimeter spectral scans provide unbiased approach to measure the redshift of high dusty galaxies but the observation and line identification are often inefficient. We develop a new method to jointly constrain the source redshift with the information from photometry and spectroscopy. The method takes information from far-IR SED fitting to generate model spectra at a wide range of redshifts and find the best match with the data. We test the method with five resolved sources from NIKA2 Science Verification data and obtain reliable redshifts for three sources and a possible redshift for another one. We highlight the possible application of this highly automatic method to large millimeter datasets and design the follow-up strategy on N2CLS GOODS-N sample, where the preliminary results are also presented.