Formation des pseudo-bulbes dans les galaxies spirales locales de masse intermédiaire via des fusions majeures riches en gaz

par Tabatha Sauvaget

Thèse de doctorat en Astronomie et Astrophysique

Sous la direction de François Hammer.

Soutenue le 27-11-2017

à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine) , en partenariat avec GEPI- Galaxies, Etoiles, Physique, Instrumentation (laboratoire) , Observatoire de Paris (établissement opérateur d'inscription) et de Galaxies, Etoiles, Physique, Instrumentation (laboratoire) .


  • Résumé

    Les bulbes sont présents dans environ 80% des galaxies spirales locales de masse intermédiaire. Les galaxies spirales représentent environ 70% des galaxies de masse intermédiaire (typiquement avec des masses comprises entre 2 × 10^10 et 10^11 masses solaires) de l’Univers local. Alors que les bulbes classiques sont généralement associés aux résultats de fusions, les pseudo-bulbes sont plutôt associés à l’évolution séculaire. Cependant, le modèle cosmologique ΛCDM prévoit une croissance hiérarchique des galaxies par les fusions alors que l’on trouve plus de 50% de pseudo-bulbes dans les galaxies spirales de masse intermédiaire de l’Univers local. Le but de la thèse est de vérifier s’il est possible de construire des pseudo-bulbes à partir de fusions majeures riches en gaz. La première partie de cette thèse est consacrée à la présentation du sujet ainsi qu’à l’état de l’art sur la formation et l’évolution des bulbes galactiques.La deuxième partie de cette thèse porte sur la description de la méthodologie mise en place pour analyser les bulbes des galaxies spirales et comprendre leur formation. La thèse com- porte deux axes d’études, une partie observationnelle avec l’analyse de deux échantillons complets de galaxies spirales locales de masse intermédiaire pour déterminer la proportion de pseudo-bulbes dans ces échantillons et avoir une référence robuste. Une autre partie, qui est le coeur de l’étude, est dédiée à l’analyse de simulations numériques de fusions majeures de deux progéniteurs riches en gaz réalisées avec un code N-body/Hydrodynamique (GADGET2). L’objectif est de reproduire ce type de galaxies et d’étudier leurs propriétés grâce à une décomposition bulbe+disque.Dans la troisième partie, je montre que, dans les limites données par les simulations, nous pou- vons reproduire des galaxies spirales présentant des pseudo-bulbes via des fusions majeures riches en gaz. Cette thèse propose un nouveau scénario de formation des pseudo-bulbes grâce à la formation de barres durant les fusions majeures qui permet d’amener du gaz dans les parties centrales. De plus, beaucoup de structures observées comme des barres, anneaux ou double-disques sont reproduits dans les simulations. Les différents paramètres des simulations ont ensuite été modifiés (fraction de gaz, rapport de masses, masse des progéniteurs, feedback, extension du gaz, pericentre) pour explorer leur impact sur les résultats. On constate que les disparités des indices de Sersic et des rapports B/T proviennent autant de la différence entre les orbites que de celle entre les paramètres physiques initiaux choisis pour les simulations, mais certaines grandes tendances peuvent tout de même être extraites. Par exemple, l’étude montre que plus la fraction de gaz des progéniteurs est élevée, plus les indices Sersic et le rapport B/T diminuent, plus le nombre de barres et leur taille augmentent.

  • Titre traduit

    Pseudo-bulge formation in intermediate-mass local spiral galaxies via gas-rich major mergers


  • Résumé

    Bulges are present in almost 80% of nearby spiral galaxies of intermediate mass. Spiral galaxies represent about 70% of the intermediate-mass galaxies (typically with a mass between 2 × 10^10 and 10^11 solar masses) in the local Universe. While classical bulges have been associated to the result of major mergers, pseudo-bulges have been rather associated to secular evolution. However, the cosmological ΛCDM model predicts a hierarchical growth of galaxies via mergers while pseudo-bulges are found in > 50% of large nearby spiral galaxies. The aim of this thesis is to verify if we can build pseudo-bulges with gas-rich major mergers. The first part of this thesis is devoted to the presentation of the subject and the state of the art on the formation and evolution of galactic bulges.The second part of this thesis is focusing on the methodology developped to analyse bulges of spiral galaxies and understand their formation. The thesis has two axes of study, an observational part with the analysis of two complete samples of local spiral galaxies of intermediate mass to determine the proportion of pseudo-bulges in these samples and to have a reliable reference. Another part, which is the core of the study, is dedicated to the analysis of nume- rical simulations of gas-rich major mergers done with a N-body / SPH code (GADGET2). The aim is to reproduce this type of galaxy and to study their properties thanks to a bulge + disk decomposition.In the third part, I show that, within the limits given by the simulations, we can reproduce spiral galaxies with pseudo-bulges via gas-rich major mergers. This thesis propose a new scenario of pseudo-bulge formation thanks to the formation of a bar, which bring gas into the central parts. In addition, most of the observed structures, such as bars, rings or double-disks, are reproduced in the simulations. The different parameters of simulations has been then modified (gas fraction, mass ratio, mass of progenitors, feedback, gas extension, pericenter) to explore their impact on the results. We found that the disparities on Sersic index and B/T ratio comes as much from the difference between orbits as from between initial physical parameters chosen for simulations but we can still extract some trends. For instance, I show that the higher the gas fraction of the progenitors, the lower the Sersic index and the B/T ratio, the more the number of bars and their size increases.


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