Submillimeter gas emission from external galaxies - cooling rates and star formation
L'émission submillimétrique du gaz dans les galaxies taux de refroidissement et formation d'étoiles
Résumé
This PhD thesis presents the most recent study of the warm and dense molecular gas cooling from the emission of the atomic carbone lines and from the emission of the carbone monoxide lines in the interstellar medium of nearby galaxies (D<10Mpc). This work provides us, for the first time, observations of galactic nuclei, performed at frequencies of º =806 GHz and º =809 with the Caltech Submillimeter Observatory. Moreover, using the most to date sophisticated models (PDRs and LVGs models) which reproduce the MIS features, we succeed to derive the physical and chemical properties (kinetic temperature, gas density, FUV radiation field which illuminates interstellar clouds, abundance ratio,...) of the warm and dense molecular gas. This work allows us to increase our understanding on the processes governing the star formation activities. This study also reveals the predominant role of the high-J CO lines (from 12CO(3-2) to 12CO(7-6) which emit at º =345 GHz and º =806 GHz, respectively) and the [CI](3P2-3P1) line (º =809 GHz). These lines should be used as a diagnostic of the gas cooling in the most distant objects, often hardly accessibles. The study of the warm and dense molecular gas not only at low but also at high spatial resolution (obtained with the IRAM-Plateau de Bure interferometer) gives us the opportunity to once more increase our knowledge in the star formation activities by comparing the mid and far IR emissions from the dust with the submillimeter-millimeter emissions from the gas. We point out good correlations between these two well known tracers of the star formation activities in galaxies. All these analyses, the multi-wavelengths studies and the increase of observations in the submillimeter and millimeter lines should be pursue. The interesting results pointed out in this PhD Thesis should be confirmed on more sources, using the next generation of telescopes as ALMA and Herschel.
Cette thèse présente l'étude la plus récente du refroidissement du gaz moléculaire chaud et dense contenu dans le MIS des noyaux de galaxies proches (D<10Mpc) via l'étude des raies en émission du carbone atomique et des raies en émission du monoxide de carbone. Ce travail, outre la présentation d'observations effectuées au Caltech Submillimeter Observatory à º =806 GHz et º =809 GHz jusqu'à présent peu, voire jamais obtenues sur des sources extragalactiques, permet aussi, à partir des modèles les plus perfectionnés à ce jour pour représenter les caractéristiques du MIS (modèles PDRs et LVGs), de déterminer les propriétés physiques et chimiques du gaz interstellaire, informations indispensables pour mieux comprendre la formation des étoiles. Cette étude met en évidence le rôle essentiel dans le refroidissement du gaz moléculaire chaud et dense, des raies à haut-J du CO (de 12CO(3- 2) à 12CO(7-6) émettant respectivement à des fréquences de 345 GHz et 806 GHz) et de la raie [CI](3P2-3P1) (émettant à une fréquence de 809 GHz). Ces raies sont indispensables pour diagnostiquer le refroidissement des galaxies plus lointaines souvent plus difficilement observables. L'étude du gaz moléculaire, à basse et haute résolution (observations effectuées avec l'interféromètre de l'IRAM-Plateau de Bure) permettant l'accès à la structure à grande et à petite échelle du gaz dans les noyaux de galaxies proches, révèle également de très bonnes corrélations avec les émissions en IR moyen et lointain dues aux poussières et aux grains. Les comparaisons établies entre les émissions IR et les émissions millimétriques et submillimétriques accroissent ainsi encore notre connaissance des processus physiques et chimiques intervenant dans la formation des étoiles. Ces analyses, l'ouverture à d'autres domaines de longueurs d'onde et l'augmentation d'observations millimétriques et submillimétriques à des fréquences et des résolutions spatiales de plus en plus élevées doivent être poursuivies grâce aux nouveaux instruments disponibles dans un futur plus ou moins proche (ALMA, Herschel, ...).