Soutenance de thèse de ARANGO TORO Rafael

Résumé de la thèse

La formation et l'évolution des galaxies, ainsi que les mécanismes régulant leur formation stellaire, restent des questions centrales en astrophysique. Les grands relevés fournissent des observables clés—couleurs, masses stellaires et taux de formation stellaire (SFR)—permettant de caractériser les populations de galaxies à travers le temps cosmique (Strateva et al. 2001; Peng et al. 2010). Des tendances robustes émergent, comme la distribution bimodale des couleurs et la corrélation masse stellaire–SFR, mais les causes et échelles de temps restent mal contraintes : qu'est-ce qui régule la croissance des galaxies et façonne leur diversité ?
Grâce à la sensibilité et à la résolution sans précédent dans le proche et moyen infrarouge, le James Webb Space Telescope (JWST; Gardner et al. 2006) permet de reconstruire précisément les histoires de formation stellaire (SFH) des galaxies. Cette thèse se concentre sur le Cosmic Evolution Survey (COSMOS; Scoville et al. 2007), l'un des plus grands champs extragalactiques, offrant une couverture multi-longueurs d'onde allant des rayons X à la radio. J'exploite les ensembles de données profonds du COSMOS-Web (Casey et al. 2023), couvrant 0,54 deg² avec les instruments JWST/NIRCam et MIRI, afin d'étudier l'assemblage de la masse stellaire.
Une avancée majeure est l'utilisation de modèles non paramétriques de SFH avec CIGALE (Boquien et al. 2019), capturant des SFH complexes et rapidement variables sans formes fonctionnelles fixes (Pacifici et al. 2016; Leja et al. 2017b). Ce travail réconcilie différents traceurs de SFR et leurs échelles : l'émission radio à 1,4 GHz suit ∼100 Myr, tandis que Hα suit ≲10 Myr (Murphy et al. 2011), ce qui est essentiel pour les galaxies évoluant rapidement, comme les post-starburst.
J'étudie la migration des galaxies dans le plan SFR–M&#8902; (Noeske et al. 2007; Speagle et al. 2014). En combinant les données JWST avec des SFH non paramétriques, je reconstruis les trajectoires au cours du temps cosmique pour &#8764;300 000 galaxies jusqu'à z < 4. Les migration vectors quantifient direction et vitesse dans le plan M&#8902;–SFR, révélant oscillations le long de la séquence principale, excursions liées à des sursauts et trajectoires de quenching. La séquence principale est stable ; les sursauts stellaires apparaissent sur des échelles de temps courtes (<1 Gyr), et le quenching se produit par des voies rapides ou progressives selon la masse et l'époque.
Un volet central de cette thèse est ma contribution au catalogue COSMOS2025, intégrant paramètres photométriques, morphologiques et physiques provenant de JWST, HST et des données au sol. En utilisant CIGALE avec des SFH non paramétriques, j'ai dérivé les masses stellaires, SFR, SFH et le contenu en poussière pour plus de 700 000 galaxies. Ces données publiques constituent un héritage solide pour les futures études et offrent une base robuste pour l'analyse statistique de l'évolution des galaxies.
La méthodologie a été testée avec la simulation cosmologique HORIZON-AGN (Dubois et al. 2014; Laigle et al. 2019; Davidzon et al. 2019), en appliquant le même ajustement SED afin de quantifier précision, limites et biais. En suivant la formation stellaire dépendante du temps et les transitions entre croissance et quiescence, cette thèse propose une vision dynamique de l'évolution des galaxies, combinant observations, modélisation flexible et simulations.
Le manuscrit est structuré comme suit : chapitre 1 – contexte cosmologique ; chapitre 2 – analyse multi-longueurs d'onde ; chapitre 3 – modules CIGALE et SFH ; chapitre 4 – relevés COSMOS et COSMOS-Web ; chapitre 5 – migration des galaxies, stabilité de la séquence principale, sursauts et population passive ; chapitre 6 – échelles de temps de l'émission radio, calibrations, applications et biais ; chapitre 7 – synthèse et perspectives.