Modeling and interpretation of the ultraviolet spectral energy distributions of primeval galaxies

par Alba Vidal García

Thèse de doctorat en Astrophysique

Sous la direction de Stéphane Charlot.

Soutenue le 06-12-2016

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine) , en partenariat avec Institut d'Astrophysique de Paris (laboratoire) .

Le président du jury était Patrick Boissé.

Le jury était composé de Vianney Lebouteiller, Jeremy Blaizot.

Les rapporteurs étaient Alessandro Bressan, Rosa González Delgado.

  • Titre traduit

    Modélisation et interprétation de la distribution spectrale d'énergie des galaxies primordiales dans l'ultraviolet


  • Résumé

    Je combine de nouveaux modèles de production de radiations stellaires et de transport radiatif à travers le milieu interstellaire (MI). Cela permet de caractériser les étoiles ainsi que le MI neutre et ionisé dans des galaxies formant des étoiles (GFE), via des raies ultraviolettes dans leur spectre. J'évalue la fiabilité des modèles stellaires en ajustant dans l'ultraviolet les indices d'absorption mesurés dans les spectres stellaires de 10 amas d'étoiles dans le Grand Nuage de Magellan. Je montre que négliger l'échantillonnage stochastique de la fonction de masse initiale stellaire de ces amas jeunes et peu massifs a une faible influence dans l'estimation d'âge et de métallicité, mais peut entraîner une surestimation significative des estimations de leur masse. Ensuite, je développe une approche basée sur une description épurée des principales caractéristiques du MI, afin de calculer de manière auto-cohérente l'influence combinée de l'émission et de l'absorption de ce milieu dans le spectre ultraviolet des GFE. Ce modèle tient compte du transport radiatif aussi bien à travers les couches intérieures ionisées, qu'à travers les couches extérieures neutres des nuages de formation d'étoiles ainsi que le milieu diffus entre ces nuages. J'utilise cette approche pour étudier la signature enchevêtrée des étoiles, du milieu neutre et du milieu ionisé dans les spectres ultraviolets des GFE. J'obtiens que la plupart des indices stellaires dans l'ultraviolet sont susceptibles de présenter une contamination par le MI qui augmente avec la métallicité. Enfin, j'identifie des raies d'émission et d'absorption interstellaires pouvant discriminer efficacement les différentes phases du MI.


  • Résumé

    I combine state-of-the-art models for the production of stellar radiation and its transfer through the interstellar medium (ISM) to investigate ultraviolet-line diagnostics of stars, the ionized and the neutral ISM in star-forming galaxies. I start by assessing the reliability of the stellar population synthesis modelling by fitting absorption-line indices in the ISM-free ultraviolet spectra of 10 Large-Magellanic-Cloud clusters. In doing so, I find that neglecting stochastic sampling of the stellar initial mass function in these young low-mass clusters affects negligibly ultraviolet-based age and metallicity estimates but can lead to significant overestimates of stellar mass. Then, I develop a simple approach, based on an idealized description of the main features of the ISM, to compute in a physically consistent way the combined influence of nebular emission and interstellar absorption on ultraviolet spectra of star-forming galaxies. My model accounts for the transfer of radiation through the ionized interiors and outer neutral envelopes of short-lived stellar birth clouds, as well as for radiative transfer through a diffuse intercloud medium. I use this approach to explore the entangled signatures of stars, the ionized and the neutral ISM in ultraviolet spectra of star-forming galaxies. I find that, aside from a few notable exceptions, most standard ultraviolet indices defined in the spectra of ISM-free stellar populations are prone to significant contamination by the ISM, which increases with metallicity. I also identify several nebular-emission and interstellar-absorption features, which stand out as particularly clean tracers of the different phases of the ISM.

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