Galaxy evolution in X-ray and optical wavelengths. Star formation history and metallicity evolution.
Evolution des galaxies dans les domaines X et optique. Histoire de la formation d'étoiles et de la métallicité.
Résumé
We present an attempt to link consistently the spectral energy distributions of evolved galaxies in X-rays and in the optical. New X-ray observatories in orbit (XMM et CHANDRA) as well as large ground-based telescopes (VLT) can now observe near and distant galaxies with a high precision. The study of X-ray sources in galaxies enhances the major role played by dying stars. Supernovae remnants, high mass X-ray binaries and low-mass X-ray binaries are probably the most frequent and the most luminous ones. Some hot gas is also present in star forming regions and in elliptical galaxies. The absorption by the cold interstellar medium is often very strong below 1 keV. By associating the modeled spectra of theses sources and a code of evolutionary spectral synthesis, we can predict the X-ray spectra of galaxies, which may have various star formation histories. We extend the spectral covering of the energy distributions computed until now from the ultraviolet to the near infrared. The strength of this coupling is its ability to predict consistently the formation of stars (which appears mainly in the optical spectra), and their deaths (the remnants being often strong X-ray sources). Moreover, the metallicities of the stars and of the interstellar medium evolve as the stars die, and show various features at every wavelength. We present the predicted spectra and X-ray colors of synthetic galaxies of every spectral type. We explain the correlations observed between the star formation rates, the B-band luminosities and the X-ray luminosities. Then, we apply our models to the prediction of X-ray luminosity functions for normal galaxies. Using these results, we provide an estimation of the contribution of normal galaxies to the X-ray background. Moreover, the study of the star formation history and of the evolution of metallicity is also done in the optical. We make a code of inverse spectral synthesis and we apply it to local elliptical galaxies. We also use an extension of this code to compute photometric redshifts and to analyse the star formation histories of distant galaxies. Finally, we propose a study of the stellar absorption lines in the optical light of galaxies, by linking the code of spectrophotometric evolution PÉGASE to a new high resolution spectral library. Then, we define two new spectra indices characterizing well the ages and the metallicities of stellar populations.
Nous présentons dans ce travail un couplage cohérent des distributions spectrales d'énergies de galaxies évoluées aux longueurs d'onde X et optiques. Les nouveaux télescopes spatiaux en orbite (XMM et CHANDRA) ainsi que les grands télescopes au sol (VLT) permettent aujourd'hui d'observer avec une grande précision les galaxies proches comme les plus lointaines. L'étude des sources de rayons X dans les galaxies met en évidence le rôle particulier des étoiles en fin de vie. Parmi celles-ci, les restes de supernovae, les binaires X de faible masse et les binaires X de grande masse sont des sources particulièrement brillantes. Du gaz chaud est également présent dans les régions de formation d'étoiles et dans les galaxies elliptiques. Enfin, l'absorption des photons X par le gaz froid du milieu interstellaire est souvent très grande aux énergies inférieures à 1 keV. L'association de la modélisation des spectres de ces sources avec un code de synthèse spectrale évolutive nous permet de prédire les spectres X de galaxies dont les histoires de formation d'étoiles peuvent être très diverses. Nous étendons ainsi la couverture spectrale des spectres synthétiques calculés jusqu'à présent dans les domaines ultraviolet, visible, et infrarouge proche. La force du modèle d'évolution est de pouvoir prédire de façon cohérente la formation d'étoiles (qui se manifeste principalement dans l'optique), et la mort de ces étoiles (dont les restes sont souvent des objets compacts émetteurs de rayons X). De plus, les métallicités du milieu interstellaire et des étoiles, qui évoluent au fur et à mesure que les étoiles meurent, ont des signatures particulières dans tous ces domaines de longueur d'onde. Nous présentons les résultats de spectres et de couleurs X obtenus pour tous les types spectraux de galaxies. Nous expliquons les corrélation observées entre le taux de formation d'étoiles, les luminosités en bande B et les luminosités aux longueurs d'onde X. Nous appliquons ensuite nos modèles à la prédiction des fonctions de luminosité X des galaxies normales, puis nous estimons la fraction du fond diffus X qui peut être attribuée à ces galaxies. L'étude de la formation d'étoiles et de l'évolution de la métallicité est faite conjointement dans le visible. Nous construisons un code de synthèse spectrale automatique et nous l'appliquons à l'analyse de galaxies elliptiques proches. Nous présentons également une extension de ce code, permettant d'estimer des décalages spectraux photométriques, et nous l'utilisons pour analyser des galaxies lointaines. Enfin, nous proposons une étude des raies en stellaires en absorption dans la lumière visible des galaxies, en associant le code d'évolution PÉGASE à une bibliothèque stellaire à haute résolution spectrale. Nous définissons alors deux nouveaux indices qui caractérisent bien l'âge et la métallicité d'une population stellaire.
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