Structural properties of clumpy galaxies and spheroids at high redshift

par Anita Zanella

Thèse de doctorat en Astronomie. Astrophysique

Sous la direction de Emeric Le Floch.

Le président du jury était Simona Mei.

Le jury était composé de Emeric Le Floch, Simona Mei, Mauro Giavalisco, Stijn Wuyts, Françoise Combes, Olivier Le Fèvre, Claudia Scarlata.

Les rapporteurs étaient Mauro Giavalisco, Stijn Wuyts.

  • Titre traduit

    Propriétés structurelles des galaxies irrégulières et des sphéroïdes dans l’univers lointain


  • Résumé

    Cette thèse explore la question ouverte des mécanismes selon lesquels les galaxies lointaines évoluent au cours du temps. Elle se concentre sur l’étude des galaxies irrégulières et sur la cause de l’évolution en taille des galaxies passives et compactes. Bien que des régions de formation stellaire très lumineuses (clumps) soient observées dans les galaxies irrégulières depuis longtemps, leur nature et évolution sont encore débattues. Les instabilités gravitationnelles des disques ont été proposées comme la cause principale pour la formation in-situ des clumps, même si certains d’entre eux pourraient avoir une origine ex-situ. De plus, il n’est pas encore clair s’ils peuvent vivre longtemps ou si les vents stellaires les détruisent rapidement. À partir de l’étude détaillée d’un clump très jeune que nous avons découvert dans le disque d’une galaxie à redshift z~2 et de l’analyse d’un échantillon statistique, j’ai conclu que les clumps peuvent se former in-situ et qu’ils vivent typiquement 500 Myr. Ce résultat conforte les simulations numériques qui indiquent que les clumps ont un rôle important pour la croissance de leur noyau. Cela pourrait stabiliser le disque et y avoir un lien avec la formation des galaxies compactes et passives qui ont été decouvertes à haut redshift. Elles ont des tailles significativement plus petites, à masse égale, que celles de leurs homologues locales. Cette découverte a déclenché un débat concernant les possibles mécanismes qui peuvent augmenter leur taille sans altérer leur masse. J’ai analysé un échantillon de 32 galaxies et j’ai conclu que des multiples fusions mineures pourraient être les responsables principaux de leur evolution temporelle


  • Résumé

    This thesis explores the still unanswered question of how distant galaxies evolve through cosmic time: on one side it focuses on star-forming clumpy galaxies, on the other it investigates the size evolution of passive compact ones. Despite star forming clumps have been observed in high-redshift irregular galaxies since a while, their nature and fate are still highly debated. Violent gravitational disk instability in gas-rich, turbulent galaxies has been proposed as the main cause for in-situ clumps formation, although a fraction of them might have an ex-situ origin. Furthermore, clumps contribution to galaxy evolution is highly debated: it is not clear yet if they are long-lived or if stellar feedback rapidly disrupts them. From both the in-depth study of an extremely young clump that we discovered in the disk of a galaxy at redshift z ~ 2, and the analysis of a full statistical sample, I concluded that at least some clumps form in-situ due to violent disk instability and that they typically live ~ 500 Myr. This supports numerical simulations indicating that clumps are longlived and could play an important role in bulge growth. This might stabilize the disk, quench star formation and have therefore a link with the formation of the compact and passive galaxies that have been observed at high redshift. They have significant smaller sizes, at fixed stellar mass, than local counterparts. This discovery has ignited an important debate concerning the possible mechanisms that could inflate the galaxy sizes without altering much their mass. I analyzed a sample of 32 galaxies and I concluded that multiple minor mergers could be the main drivers of their observed time evolution


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