The Lyman-alpha emission line as a cosmological tool
Les vicissitudes d'un outil cosmologique: la raie Lyman-alpha
Résumé
The Lyα emission line is currently a leading tracer of star formation at cosmological distances. Since it becomes the strongest line in the optical-NIR window at redshift z ≥ 2.1. Lyα proves an invaluable tool by which to detect galaxy populations at highest redshifts and a versatile mean for galaxy evolution diagnostics. However, with respect to these promising Lyα-based cosmological studies, number of inconsistencies have first to be understood to ensure proper interpretations. This is the main goal of the present work. Since typical high-z galaxies are very faint and detailed observations are difficult, we present an alternative approach which relies on observations of their local analogs using the Hubble space telescope to investigate the Lyα escape mechanisms. Then, we perform Lyα radiative transfer simulations in local and distant galaxies to understand the link between the different galaxy populations. Finally, we present the first empirical estimate of the Lyα escape fraction in a large sample of Lyα emitters in order to calibrate different Lyα-based cosmological quantities.
L'exploration de l'Univers lointain connait présentement un essor sans précédent, grâce notamment à une instrumentation de pointe en perpétuelle amélioration. Les galaxies primordiales sont devenues accessibles par une signature spectrale très intense : la raie de recombinaison de l'hydrogène Lyα. En procède une pléthore d'applications cosmologiques, qui demeurent cependant très fragiles et en proie à diverses incertitudes. En cause, la complexité du transfert radiatif de Lyα, qui est une raie résonante. La présente thèse a pour principal objectif la calibration et la consolidation des quantités, observations et interprétations astrophysiques basées sur l'émission Lyα, en particulier dans l'univers lointain. L'approche principale consiste à observer les analogues locaux des galaxies a flambée de formation d'étoiles distantes, permettant une étude détaillée de la physique Lyα à haute résolution grâce au télescope spatial Hubble. Une étude numérique présente ensuite la simulation du transfert radiatif de Lyα dans les galaxies locales et à un décalage spectral de 3, et le lien entre différentes populations de galaxies. Enfin, la dernière partie de ce travail présente une estimation empirique d'une quantité physique cruciale pour la calibration des observables Lyα, à savoir la fraction d'échappement fesc(Lyα), ainsi que les caractéristiques physiques des émetteurs Lyα détectés par GALEX.