Apport de la haute resolution angulaire sur l'etude des galaxies lointaines : imagerie, optique adaptative et spectroscopie 3D
Résumé
The PhD work presented here is related to the study of distant galaxies, whose studies are required to understand the mecanisms responsibles of galaxy formation. The Hubble Space Telescope has allowed to provide high-resolution images of distant galaxies, thus giving first clues about their morphology. In addition, the 8-10 meters telescopes like the european Very Large Telescope (VLT) located at the ground have given spectroscopic informations about these objects. The combination of all these data shows that there was a burst of star formation in the universe some 8-10 billions years ago, which has since declined. The first part of this thesis deals with morphological studies of distant galaxies from Hubble Space Telescope images. Two galaxy's populations were analysed : luminous compact galaxies (LCG) and luminous infrared galaxies (LIRG), which are both responsible of the star formation decline shown before. Those studies have allowed to build a sequence who could give a scenario of the formation of some galaxies in today's universe. Additional studies have also shown the requirement of a high spectral resolution to compute precise star formation rates in distant galaxies. The second part of this thesis is related to the study of FALCON, a project of new generation spectrograph for the VLT, who will provide high angular and spectral resolution. FALCON's goal is to get the dynamical information of distant galaxies with a spatial resolution of 0.25 arcsec with a sufficient signal-to-noise ratio. This requires to use Adaptive Optics to compensate in real-time for image degradation due to atmospheric turbulence. In order to not suffer from anisoplanatism, FALCON will use atmospheric tomography. This consists in combining measurements from off-axis wavefront-sensors around the galaxy to correct its wavefront by using a deformable mirror, so that its dynamic can be measured. The adaptive optics system has first been studied theoritically. Then the development of a simulation tool has allowed to compute some first performances of such a system on the sky.
Cette thèse se place dans le contexte de l'étude des galaxies lointaines, études nécessaires à la compréhension des mécanismes de formation des galaxies. La mise en service du télescope spatial Hubble a permis d'obtenir des images à haute résolution spatiale de ces galaxies, donnant ainsi des premiers indices sur leur morphologie. En complément, l'installation de télescopes au sol de la classe des 8-10 mètres tels que le Very Large Telescope (VLT) européen a permis d'effectuer la spectroscopie de ces objets. Toutes ces données montrent que l'univers a connu un pic de formation stellaire il y a environ 8-10 milliards d'années, formation qui a chuté depuis. La première partie de ce manuscrit est consacrée à l'étude de la morphologie des galaxies lointaines, à l'aide d'images obtenues avec le télescope spatial Hubble. Le travail présenté porte en particulier sur deux populations de galaxies responsables du déclin de la formation stellaire évoqué plus haut : les galaxies compactes lumineuses (LCG) et les galaxies lumineuses dans l'infrarouge (LIRG). Ces études ont notamment permis d'établir une séquence pouvant servir de base à un scénario de formation d'une partie des galaxies de l'univers local. Des études complémentaires ont aussi montré le besoin d'une haute résolution spectrale pour déterminer avec précision le taux de formation stellaire des galaxies lointaines. La deuxième partie est consacrée à l'étude de FALCON, un projet de spectrographe de nouvelle génération pour le VLT alliant haute résolution spatiale et spectrale. L'objectif de FALCON est de fournir l'information dynamique sur les galaxies lointaines avec une résolution spatiale de 0.25 arcsec et un rapport signal-sur-bruit suffisant. Ceci nécessite d'utiliser l'Optique Adaptative pour compenser en temps-réel la dégradation des images due à la turbulence. Afin de s'affranchir de l'anisoplanétisme propre à cette technique, FALCON utilisera des techniques de tomographie consistant à corriger le front d'onde issu de la galaxie dont on souhaite déterminer la dynamique en combinant les mesures de front d'onde sur des étoiles hors-axe qui l'entourent. Le système d'Optique Adaptative a d'abord été intensivement étudié de manière théorique. Puis le développement d'un code de simulation numérique a alors permis d'établir des premières performances d'un tel système sur le ciel.