Étude du milieu interstellaire de galaxies chimiquement jeunes du Groupe Local

par Pierre Gratier

Thèse de doctorat en Astrophysique

Sous la direction de Jonathan Braine.

Le président du jury était Jean-Marc Huré.

Le jury était composé de Nathalie Brouillet, Jérôme Pety.

Les rapporteurs étaient Françoise Combes, Santiago Garcia-burillo, Bernd Vollmer.


  • Résumé

    La variété de galaxies dans le Groupe Local rend possible l'étude du milieu interstellaire et de la formation d'étoiles dans des conditions différentes de celles trouvées dans la Voie Lactée, tout en conservant une grande résolution spatiale grâce à leur proximité. Nous avons étudié le milieu interstellaire de deux galaxies du Groupe Local, M33 et NGC6822, dont les métallicités sont inférieures d'un facteur 2 à 3 à celle du soleil et qui sont respectivement dix fois et cent fois moins lumineuses que la Voie Lactée. Nos observations de la transition J=2->1 du monoxyde de carbone, avec une résolution suffisante pour résoudre les nuages moléculaires géants, fournissent la première carte du milieu moléculaire de NGC6822 et la cartographie de M33 avec la meilleure combinaison de résolution et de sensibilité. Nous présentons également une cartographie haute résolution du milieu atomique de M33 à partir d'une mosaïque intérférométrique dans la raie à 21cm de l'ensemble du disque de la galaxie. Combinées avec des données allant de l'ultraviolet à l'infrarouge lointain, ces observations permettent l'étude du milieu interstellaire et de la formation d'étoiles à des échelles allant du nuage individuel à la galaxie dans son ensemble. Ces deux objets, chimiquement jeunes, semblent convertir l'hydrogène moléculaire en étoiles plus rapidement que les grandes galaxies spirales comme la Voie Lactée. Est-ce à rapprocher du taux élevé de formation d'étoiles dans les galaxies de l'univers plus jeune (z~0.5-1), également riches en gaz et bleues comme M33 et NGC6822 ? Un soin particulier a été apporté pour tenter de mesurer la masse de dihydrogène, difficile dans ce type d'objet, à l'échelle de la galaxie ainsi qu'à l'échelle du nuage. Une méthode d'identification automatique et de mesure des propriétés physiques des nuages moléculaires géants a permis d'obtenir, dans le cas de M33, le plus grand catalogue de nuage moléculaires dans une galaxie extérieure. Il en résulte que les nuages de M33 et de NGC 6822 ont, en moyenne, une largeur de raie plus faible, pour une taille donnée, que les nuages de la Voie Lactée. Dans M33, la fraction de petits nuages augmente significativement avec le rayon galactocentrique. Au moins un sixième des nuages moléculaires géants ne sont pas associés à de la formation stellaire (détectée) mais nous n'avons pas identifié de caractéristiques physiques particulières pour ces nuages.

  • Titre traduit

    The Interstellar Medium of Local Group Chemically Young Galaxies


  • Résumé

    The variety of galaxies in the Local Group enables the study of the interstellar medium and star formation under conditions different from those found in the Milky Way, while retaining a good spatial resolution due to their proximity. We have studied the interstellar medium of two Local Group galaxies, M33 and NGC6822, that have metallicities 2 to 3 times less than solar and are respectively 10 and 100 times less luminous than the Milky Way. Our large scale observations of the CO(2-1) transition, with a resolution sufficient to resolve giant molecular clouds, provide the the first molecular gas map of NGC6822 and the M33 map with the best combination of resolution and sensitivity. We also present a high resolution map of the atomic gas from an interferometric mosaic of M33's disk through the 21cm hydrogen line. Combining these observations with data ranging from ultraviolet to far infrared, we study the interstellar medium and star formation on scales ranging from individual clouds to the whole galaxy. These two chemically young objects appear to be converting molecular hydrogen into stars at a faster rate than in large spirals like the Milky Way. Can this be linked to the high star formation rate in galaxies of the earlier universe (z~0.5-1) which were bluer and gas rich like M33 and NGC6822 ? We have taken particular care to try and measure the molecular hydrogen mass, a difficult task in such objects, at the scale both of the galaxy and of the clouds. An automated molecular cloud identification and physical property measurement has been applied to the molecular gas data, yielding, in the case of M33, the largest catalog of giant molecular clouds in an external galaxy. From this catalog, it is found that the M33 molecular clouds have, on average, a smaller line-width, for a given size, than their Galactic counterparts. In M33, the fraction of small clouds increases significantly with the galactocentric radius. At least a sixth of the giant molecular clouds are not associated with detected star formation but we have not identified any particular physical characteristics for these clouds.


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