Etude et caracterisation du gaz tiède autour des galaxies

Characterization of the warm gas around galaxies

• Auteur / Autrice : Maxime Cherrey
• Direction : Nicolas Bouché
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astrophysique
• Date : Soutenance le 18/10/2024
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (Lyon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Jérémy Blaizot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pasquier Noterdaeme, Anne Verhamme, Matthew Pieri, Geneviève Soucail
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pasquier Noterdaeme, Anne Verhamme

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matière noire (astronomie)

Gaz -- Absorption et adsorption

Quasars

Halos galactiques

Mots clés libres

Astrophysique : galaxies

Galaxies : matière noire

Quasars : absorption

Circumgalactic medium

Astrophysics : galaxies

Galaxies : dark matter

Quasars : absorption lines

Circumgalactic medium

Résumé

Le Milieu Circumgalactique (CGM) désigne la zone située autour des galaxies qui constitue l’interface entre celles-ci et le milieu intergalactique. Le gaz qu’il contient provient notamment de phénomènes d’accrétion permettant d’alimenter la formation d’étoiles sur de longues périodes, et d’éjections provenant de l’explosion de supernovæ et causant des vents galactiques. Aujourd’hui le CGM constitue un test pour les modèles théoriques et les simulations qui ne parviennent pas encore à reproduire l’ensemble de ses caractéristiques physiques. Du point de vue observationnel, son étude est rendue compliquée par son aspect multi-phase et sa faible densité. Celle-ci implique une faible brillance de surface qui le rend presque invisible en émission avec les instruments actuels. C’est pourquoi il est, la plupart du temps, étudié en absorption, notamment grace à des lignes de visée de quasars. Dans cette thèse nous avons tenté d’améliorer la connaissance de la phase tiède du CGM (T~10^4K) en nous basant sur le doublet d’absorption à 2796,2803A du MgII. Pour cela nous avons utilisé l’échantillon MEGAFLOW qui se compose de 22 champs de quasars observés avec le spectrographe intégral de champs MUSE et le spectrographe haute résolution UVES. Le large champ de vue de MUSE et sa grande sensibilité le rendent idéal pour détecter les galaxies causant les absorptions. Cet échantillon, parmi les plus larges disponibles actuellement, est particulièrement adapté à l’étude du CGM des galaxies actives à redshift 0.4< z <1.5. Dans un premier temps nous nous sommes intéressés aux galaxies isolées, car celles-ci peuvent être associées sans ambiguïté aux absorptions MgII observées. Nous avons mesuré leur profil d’absorption en fonction du paramètre d’impact et étudié sa dépendance à différentes propriétés (masses stellaires, taux de formation d’étoiles et redshift). Dans un second temps nous avons conduit une analyse similaire pour les groupes de galaxies en les identifiant à l’aveugle grâce à une méthode combinant deux algorithmes de détection. Nous constatons d’abord que les absorptions de MgII sont principalement causées par des petits ensembles de galaxies (1 à 3) compatibles avec la corrélation naturelle et non par des groupes. La sélection rigoureuse des galaxies isolées permet d’obtenir une faible dispersion autour du profil d’absorption. Celui-ci s’étend sensiblement plus loin que ceux prédit par les simulations actuelles. Il semble en particulier que toutes les galaxies ayant une masse >10^9 Msun présentent une absorption >0.1A dans un paramètre d’impact de 50 kpc. Nous observons également que l’étendue des absorptions MgII est significativement plus importante le long du petit axe que le long du grand axe ce qui indique le rôle prépondérant des vents sur le CGM. D’autre part, Les halos de MgII s’étendent beaucoup plus loin pour les groupes que pour les galaxies isolées, et ce, même pour des masses de halos similaires et quelque soit la définition du paramètre d’impact utilisé. Cela témoigne des mécanismes différents pour ces deux environnements. L’intensité et la probabilité des absorptions MgII est positivement corrélée au SFR et à la masse stellaire. Elles ont également tendance à stagner ou diminuer avec le temps cosmique ce qui indique que la phase tiède ne croit pas comme les halos de matière noire. Nos observations favorisent plutôt le scénario de halos de gaz qui suivent la baisse du SFR cosmique. Enfin nous avons exploré de possibles liens entre les propriétés des halos de matière noire et les absorptions traçant la phase tiède. Nous pensons que le travail présenté ici mériterait d’être prolongé sur d’autres populations de galaxies et d’être comparé à des simulations afin de mieux contraindre les processus gouvernant l’évolution des galaxies.

The Circumgalactic Medium (CGM) refers to the area surrounding galaxies that constitutes the interface between them and the intergalactic medium. The gas it contains originates, in particular, from accretion mechanisms which fuel star formation over long periods, and from ejections caused by supernova explosions that create galactic winds. Today, the CGM presents a test for theoretical models and simulations, which have not yet succeeded in reproducing all of its physical characteristics. Observationally, studying the CGM is challenging because of its multi-phase nature and low density. It’s low surface brightness, makes it almost invisible in emission with current instruments. Therefore, it is mostly studied in absorption, particularly through quasar sightlines. In this thesis, we aimed to improve the understanding of the warm phase of the CGM (T~10^4K) traced by the 2796,2803 Å MgII absorption doublet. To this end, we used the MEGAFLOW sample, consisting of 22 quasar fields observed with the integral field spectrograph MUSE and the high-resolution spectrograph UVES. The wide field of view and high sensitivity of MUSE make it ideal for detecting galaxies causing the absorptions. This sample, one of the largest currently available, is particularly suited for studying the CGM of active galaxies at redshift 0.4 < z < 1.5. First, we focused on isolated galaxies because they can be unambiguously associated with the observed MgII absorptions. We measured their absorption profiles as a function of impact parameter and studied its dependence on various properties (stellar masses, star formation rates, and redshift). Subsequently, we conducted a similar analysis for galaxy groups, identifying them blindly using a method combining two detection algorithms. We find that MgII absorptions are primarily caused by small ensembles of galaxies (1 to 3) compatible with natural correlation and not by groups. The rigorous selection of isolated galaxies results in a low dispersion around the absorption profile, which extends significantly further than those predicted by current simulations. In particular, all galaxies with masses >10^9 Msun exhibit absorption >0.1 Å within an impact parameter of 50 kpc. We find that the extent of MgII absorptions is significantly higher along the minor axis than along the major axis, indicating the predominant role of winds on the CGM. We also observe that MgII halos extend much further for groups than for isolated galaxies, even for similar halo masses and regardless of the impact parameter definition used. This indicates different mechanisms at play in these two environments. The intensity and probability of MgII absorptions are positively correlated with SFR and stellar mass. They also tend to stagnate or decrease with cosmic time, indicating that the warm phase does not grow like dark matter halos. Our observations favor a scenario where gas halos follow the decline of the cosmic SFR. Finally, we explored possible links between dark matter halo properties and absorptions tracing the warm phase. We believe that the work presented here deserves to be extended to other galaxy populations and compared to simulations to better constrain the processes governing galaxy evolution.