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Université Paul Sabatier - Toulouse III (20/07/2005), Roser PELLO Jean-Paul KNEIB (Dir.)
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PROPRIETES DES PREMIERES ETOILES ET GALAXIES. CONTRAINTES SUR LES MODELES DE FORMATION DES GALAXIES
Johan Richard1

Une des frontières actuelles de la cosmologie observationnelle est celle de la réionisation, époque au cours de laquelle la formation des premières étoiles et galaxies a marqué la fin des « Âges Sombres » et la réionisation du milieu intergalactique. La nature et l'époque de formation de ces sources sont encore mal déterminées, et constituent les éléments clé pour un grand nombre de futurs projets instrumentaux (JWST, EMIR/GTC, KMOS/VLT, ...) dont les développements font l'objet d'études de faisabilité poussées.

Ce travail de thèse regroupe différents programmes visant à contraindre les propriétés physiques des objets astrophysiques parmi les plus distants connus. Les contraintes sur la détection et l'étude de telles sources à l'aide des instruments actuels ont amené à l'utilisation des amas de galaxies comme lentilles gravitationnelles, pour bénéficier de l'effet d'amplification.

Une première partie introduit les différentes notions associées à ce sujet de thèse : le contexte cosmologique, les propriétés de l'Univers distant et les lentilles gravitationnelles. Sont ensuite présentés les trois principaux projets observationnels sur lesquels se fonde ce travail :

· Une recherche d'émetteurs Lyman-alpha par de la spectroscopie systématique au sein des régions les plus amplifiées d'un ensemble d'amas de galaxies. L'échantillon de sources obtenu permet de contraindre la fonction de luminosité Lyman-alpha à des luminosités bien plus faibles que d'autres projets du même type.
· Une étude détaillée d'une galaxie très distante observée par les télescopes spatiaux HST et Spitzer. Les propriétés photométriques de cette source suggèrent la présence d'une population stellaire relativement évoluée à cette époque.
· Un projet de recherche photométrique dans le proche-infrarouge d'objets très distants, effectué à l'aide du VLT. L'accent est porté sur les détails de l'analyse photométrique et les résultat spectroscopiques obtenus pour plusieurs candidats. L'échantillon étudié dans son ensemble permet de donner des contraintes sur la fonction de luminosité dans l'ultraviolet et le taux de formation stellaire à cette époque.

L'ensemble de ces résultats apporte des éléments complémentaires pour une description plus générale de l'époque de la réionisation, que l'on peut confronter aux prédictions des modèles théoriques.
Enfin, une dernière partie présente les perspectives de ce travail de thèse et les futurs projets instrumentaux attendus dans ce domaine de recherche.
1:  LATT - Laboratoire d'Astrophysique de l'Observatoire Midi-Pyrénées
Cosmologie – Formation des Galaxies – Lentille Gravitationnelle – Réionisation

Reionization is one of the latest frontiers in modern cosmology. The first stars and galaxies formed during this epoch marked the end of the “Dark Ages” of the Universe, as well as the reionization of the intergalactic medium. The nature and formation epoch of these sources are still not well-known, and their study is motivating many future instrumental projects (JWST, EMIR/GTC, KMOS/VLT, ...) for which developments need advanced feasibility studies.

This thesis work is based on the data analysis from three main observational projects aimed at the detection and study of extremely distant astrophysical sources. Considerations on the detection limits of individual objects using present-day facilities lead us to the use of galaxy clusters as gravitational lenses, thus taking benefit of the magnification effect.

I first introduce the topic of this thesis: the cosmological context, properties of the distant Universe and gravitational lensing.

I will then present three main observational projects on which this thesis is based:

· A search for Lyman-alpha emitters using blind spectroscopy of the most magnified regions of a galaxy clusters sample. From the resulting detections, we derive constraints on the Lyman-alpha luminosity function, at much fainter luminosities than other studies at similar redshift.

· A detailed study on one particular distant (z~7) galaxy, observed by HST and Spitzer space telescopes. Photometric properties of this source suggest the presence of a relatively evolved stellar population at this epoch.
· A photometric research project for extremely distant objects, carried out using VLT telescopes in the near-infrared. Details on the photometric analysis and obtained spectroscopic results for several candidates are particularly stressed out. Studying the whole sample of candidates enables us to give constraints on the ultraviolet luminosity function and the cosmic star formation rate in this redshift domain.

All these results bring additional elements for the general description of the reionization epoch, that can be compared with theoretical predictions.
Cosmology – Galaxy Formation – Gravitational Lensing – Reionization

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