Study of distant galaxies and tomographic adaptive optics for the ELTs.
Etudes des galaxies lointaines et optiques adaptatives tomographiques pour les ELTs.
Résumé
The first part of this manuscript is devoted to the study of the formation and evolution of galaxies.
I will present the results obtained with the GIRAFFE instrument as part of the IMAGES observational large program. These results show that the fraction of kinematically unrelaxed galaxies at z~0.6 is important. In addition, the detailed morphological analysis of the IMAGES sample shows that the fraction of rotating spiral galaxies were about twice as low at z~0.6 compared to the local Universe. By studying in more detail this population, we are able for the first time to explain the formation of a portion of local spiral galaxies.
In the coming years, these studies will be extended to galaxies at z>> 1 thanks to the implementation of the future ELTs. To that end, these giant telescopes will have to integrate Adaptive Optics systems to compensate in real-time the degradation induced by atmospheric turbulence. Due to the low luminosity of distant galaxies, combined with the size of the corrected fields, these AO systems require artificial sources and tomography. The second part of this thesis is therefore devoted to the study of tomographic AO systems for the future ELTs. This work is particularly focused on the study and analysis of the fundamental limitations of the tomographic techniques. Based on theoretical developments in a Fourier basis, we give several ways to optimise these future systems.
I will present the results obtained with the GIRAFFE instrument as part of the IMAGES observational large program. These results show that the fraction of kinematically unrelaxed galaxies at z~0.6 is important. In addition, the detailed morphological analysis of the IMAGES sample shows that the fraction of rotating spiral galaxies were about twice as low at z~0.6 compared to the local Universe. By studying in more detail this population, we are able for the first time to explain the formation of a portion of local spiral galaxies.
In the coming years, these studies will be extended to galaxies at z>> 1 thanks to the implementation of the future ELTs. To that end, these giant telescopes will have to integrate Adaptive Optics systems to compensate in real-time the degradation induced by atmospheric turbulence. Due to the low luminosity of distant galaxies, combined with the size of the corrected fields, these AO systems require artificial sources and tomography. The second part of this thesis is therefore devoted to the study of tomographic AO systems for the future ELTs. This work is particularly focused on the study and analysis of the fundamental limitations of the tomographic techniques. Based on theoretical developments in a Fourier basis, we give several ways to optimise these future systems.
La première partie de ce manuscrit est consacrée à l'étude de la formation et de l'évolution des galaxies. Pour reconstituer l'histoire de l'évolution des galaxies, le rôle de l'information cinématique est décisif. Dans ce contexte, la spectroscopie intégrale de champ est un outil particulièrement efficace car il permet d'obtenir un diagnostic cinématique complet.
Je présenterai dans un premier temps les résultats obtenus grâce à l'instrument GIRAFFE dans le cadre du large programme d'observation IMAGES. Ces résultats montrent que la fraction de galaxies n'ayant pas encore atteint leur équilibre dynamique à z~0.6 est importante. Par ailleurs, l'analyse morphologique détaillée de l'échantillon IMAGES montre que la fraction des galaxies spirales en rotation était environ deux fois plus faible à z~0.6 que dans l'Univers local. En étudiant plus en détails cette population, nous sommes capables pour la première fois d'expliquer la formation d'une partie des galaxies spirales locales.
Une des conclusions essentielles de cette étude est qu'en combinant des observations dynamiques et morphologiques, on est désormais en mesure de disséquer et de comprendre l'histoire individuelle de chaque galaxie à z<1. Dans les prochaines années, ces études pourront être étendues à des galaxies à z>>1 grâce à la mise en service des futurs ELTs.
Pour cela, ces télescopes géants devront intégrer des systèmes d'Optique Adaptative pour compenser en temps réel la dégradation des images due à la turbulence. La faible luminosité des objets à observer, combinée à la taille des champs à corriger, rend indispensable la mise en place de sources artificielles et d'OA tomographiques. La deuxième partie de cette thèse est donc consacrée à l'étude de l'OA tomographique pour les futurs ELTs.
Le travail présenté porte en particulier sur l'étude et l'analyse des limites fondamentales des techniques tomographiques. En nous appuyant sur des développements théoriques dans une base de Fourier, nous proposons plusieurs voies pour l'optimisation de ces futurs systèmes.
La dernière partie de cette thèse est consacrée à l'étude de EAGLE: un projet de spectrographe intégrale de champ multi-objets pour l'ELT européen.
A l'aide des résultats obtenus avec GIRAFFE pour la définition des critères scientifiques et de l'analyse des techniques tomographiques, nous proposons un premier design d'optique adaptative capable de répondre aux besoins de la spectroscopie intégrale de champ des galaxies à z>>1.
En alliant la haute résolution spatiale et spectrale avec le pouvoir collecteur immense des futurs ELTs, l'instrument EAGLE apportera certainement des indices décisifs dans notre compréhension des processus à l'oeuvre pour l'assemblage de la masse dans les galaxies.
Je présenterai dans un premier temps les résultats obtenus grâce à l'instrument GIRAFFE dans le cadre du large programme d'observation IMAGES. Ces résultats montrent que la fraction de galaxies n'ayant pas encore atteint leur équilibre dynamique à z~0.6 est importante. Par ailleurs, l'analyse morphologique détaillée de l'échantillon IMAGES montre que la fraction des galaxies spirales en rotation était environ deux fois plus faible à z~0.6 que dans l'Univers local. En étudiant plus en détails cette population, nous sommes capables pour la première fois d'expliquer la formation d'une partie des galaxies spirales locales.
Une des conclusions essentielles de cette étude est qu'en combinant des observations dynamiques et morphologiques, on est désormais en mesure de disséquer et de comprendre l'histoire individuelle de chaque galaxie à z<1. Dans les prochaines années, ces études pourront être étendues à des galaxies à z>>1 grâce à la mise en service des futurs ELTs.
Pour cela, ces télescopes géants devront intégrer des systèmes d'Optique Adaptative pour compenser en temps réel la dégradation des images due à la turbulence. La faible luminosité des objets à observer, combinée à la taille des champs à corriger, rend indispensable la mise en place de sources artificielles et d'OA tomographiques. La deuxième partie de cette thèse est donc consacrée à l'étude de l'OA tomographique pour les futurs ELTs.
Le travail présenté porte en particulier sur l'étude et l'analyse des limites fondamentales des techniques tomographiques. En nous appuyant sur des développements théoriques dans une base de Fourier, nous proposons plusieurs voies pour l'optimisation de ces futurs systèmes.
La dernière partie de cette thèse est consacrée à l'étude de EAGLE: un projet de spectrographe intégrale de champ multi-objets pour l'ELT européen.
A l'aide des résultats obtenus avec GIRAFFE pour la définition des critères scientifiques et de l'analyse des techniques tomographiques, nous proposons un premier design d'optique adaptative capable de répondre aux besoins de la spectroscopie intégrale de champ des galaxies à z>>1.
En alliant la haute résolution spatiale et spectrale avec le pouvoir collecteur immense des futurs ELTs, l'instrument EAGLE apportera certainement des indices décisifs dans notre compréhension des processus à l'oeuvre pour l'assemblage de la masse dans les galaxies.