L`assemblage des galaxies dans l`univers jeune

Proposition de stage – M2 Recherche, année 2012-2013
L’assemblage des galaxies dans l’univers jeune
Liste des proposants (+ laboratoire(s)):
Thierry CONTINI & Claire DIVOY
Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP) - Toulouse
Contact principal (labo, e-mail, tél)
Th. Contini (IRAP), Directeur de Recherche au CNRS, titulaire d’une HDR
[email protected] - Tél: 05 61 33 28 14
Contexte de l'étude
L'étude de la formation et de l'évolution des galaxies est un thème majeur de l'astrophysique moderne, dont les objectifs principaux sont de répondre à deux questions fondamentales: i) Quand et
comment se sont formées les premières galaxies ? ii) Quels sont les processus physiques qui gouvernent l'assemblage et l'évolution des galaxies ? Des progrès significatifs dans ce domaine ont été
obtenus ces dernières années, principalement à la suite des relevés spectroscopiques profonds (par
exemple VVDS et zCOSMOS) qui révèlent un nombre toujours croissant de galaxies de plus en
plus lointaines (jusqu’à des décalages spectraux z~5). Les prédictions issues des modèles de formation des galaxies peuvent être maintenant confrontées aux observations à travers diverses observables telles que la masse stellaire, le taux de formation d'étoiles, le contenu en métaux et en poussières, le type morphologique, et l'environnement ainsi que l'évolution de ces quantités au cours du
temps.
La prochaine étape consiste maintenant à étudier de près les galaxies identifiées dans ces grands
relevés, en particuliers en les observant avec des spectrographes à champ intégral (ou spectroscopie
3D) afin d’obtenir une information spectrale dans différentes régions de la galaxie. Ce type d’étude,
débuté avec le projet MASSIV (Mass Assembly Survey with SINFONI in VVDS) pour des galaxies situées à des décalages spectraux entre z=1 et 2, permet d’accéder à des propriétés fondamentales des galaxies, comme leur cinématique et leurs gradients de métallicité, quantités particulièrement contraignantes pour les modèles d’évolution des galaxies. L’instrument MUSE (Multi-Unit
Spectroscopic Explorer), un spectrographe 3D géant en cours de construction pour un des télescopes VLT au Chili, sera également très performant dès 2014 pour mener ce type d’analyse sur un
échantillon important de galaxies. Grâce à son grand champ (1’x1’) il devrait permettre d’accéder
aux propriétés physiques de plusieurs centaines de galaxies résolues à des décalages spectraux
compris entre z=0.2 et 1.
Objectifs attendus & méthodologie envisagée
L’objectif de ce stage est de quantifier précisément les propriétés physiques de cinq galaxies lointaines (z~1.4) pour lesquelles nous avons obtenu de nouvelles données avec le spectrographe 3D
SINFONI. Ces nouvelles données, obtenues en bande J pour couvrir les raies d’émission Hβ et
[OIII]5007, compléteront les données MASSIV (raies Hα et [NII]6584 observées en bande H avec
SINFONI) et VVDS (raie [OII]3727 observée avec VIMOS) obtenues initialement. La cartographie de cet ensemble « complet » de raies d’émission permettra de placer des contraintes fortes sur
la distribution des poussières et des métaux dans les galaxies, de déterminer si elles hébergent un
noyau actif de faible luminosité dans leur cœur, et si elles produisent des vents extragalactiques
puissants sous l’effet combiné de l’explosion de supernovae. Ces propriétés physiques importantes,
qui sont encore difficilement mesurables dans l’univers lointain, seront ensuite utilisées pour contraindre les scénarios d’assemblage des galaxies dans leurs premières phases d’évolution, en particuliers leurs échanges avec le milieu intergalactique (accrétion et éjection de gaz).
L’étudiant(e) participera à l’analyse de ces nouvelles données SINFONI qui se déclinera comme
suit :
• Mesure et production de cartes (flux, FWHM) des raies d’émission Hβ et [OIII] dans les
nouveaux cubes SINFONI.
• Recentrage optimal et combinaison de ces nouvelles cartes avec les autres données SINFONI (raies Hα et [NII]).
• Etude de la variation spatiale (cartes, gradients, etc) de rapports de raies d’émission:
o Hα/Hβ pour estimer l’extinction et donc la distribution des poussières
o [NII]/Hα vs. [OIII]/Hβ pour déterminer les conditions d’ionisation du gaz (chocs
produits par des supernovae, présence d’un AGN au centre, etc).
o l’ensemble des raies détectées (Hα, Hβ, [OIII], [NII] et [OII]) pour mesurer précisément la distribution des métaux.
Pour effectuer ce travail, l’étudiant(e) devra se familiariser avec les outils d’analyse développés
(principalement en Python) dans le cadre de la collaboration MASSIV. Elle/il pourra également les
améliorer pour les besoins spécifiques de l’analyse.
Ouverture sur un sujet de thèse éventuel
Un prolongement en thèse pourra être envisagé, à la fois dans le cadre du projet MASSIV et du
temps garanti associé au nouvel instrument MUSE.
Bibliographie et liens internet
• Le projet MASSIV:
• http://www.ast.obs-mip.fr/users/contini/MASSIV
• Contini et al. 2012, A&A, 539, 91
• Contini et al. 2012, The Messenger, 147, 32
• Queyrel et al. 2012, A&A, 539, 93
• Epinat et al. 2012, A&A, 539, 92
• Vergani et al. 2012, A&A, 546, 118
• Lopez-Sanjuan et al. 2012, A&A, sous presse, arXiv:1208.5020
• Le projet MUSE:
http://muse.univ-lyon1.fr