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Thèse Année : 2004

Multi-Wavelength Study of Nearby Dwarf Galaxies: Properties of Low-Metallicity Interstellar Media

Étude Multi-Longueurs d'Onde de Galaxies Naines Proches: Propriétés des Milieux Interstellaires de Faible Métallicité

Résumé

This thesis is devoted to the multi-wavelength observations and the modelling of dust, in nearby low-metallicity dwarf galaxies. The main motivations of this project are: (i) the study of dust properties - composition, size distribution, etc. - in non-solar interstellar media; (ii) the study of global spectral energy distributions of dwarf galaxies which are thought, due to their chemical youth, to be similar to primordial galaxies that we can not observe; and (iii) obtaining informations about the chemical evolution of these galaxies by studying the gas-to-dust mass ratio.

I begin with the detailed study of mid-infrared ISO spectra of these galaxies. The main spectral characteristics that we outline are: (i) the weakness of the aromatic band emission, compared to what is observed in normal starburst galaxies; (ii) the similarity with Galactic HII region spectra - a steep very small grain continuum and prominent ionic lines. After that,
we study the spectra of a more diversified sample - spiral, starburst,
dwarf galaxies and HII regions - in order to plot the band ratios. The 6.2/11.3, 7.7/11.3 and 8.6/11.3 correlations are, for the first time, established on such a large sample. They show that dwarf galaxies occupy a particular region in this diagram, different than the one occupied by Galactic HII regions, inducing a different PAH structure - ionization, hydrogenation, size, etc.

The second step of this project is the modelling of the spectral energy distributions of four dwarf galaxies (He 2-10, II Zw 40, NGC 1140, NG 1569), from ultraviolet to millimeter. In order to achieve this goal, I have added, to our own observations, data from the litterature. The modelling is done self-consistently, using constraints on dust emission, stellar radiation and on ionic lines. We synthesize the spectral energy distributions of these galaxies, as well as the corresponding extinction curves. The properties that we are able to outline are that: (i) the emission is dominated by small grains (3-4 nm) stochastically heated; (ii) the synthesized extinction curves exhibit some analogies with the magellanic cloud curves, by their slopes, and the strength of the 2175 angströms bump is weaker in three of the four galaxies; (iii) every spectral energy distribution have an excess in submillimeter emission that we attribute to a very cold dust component, embedded in dense cores, accounting for a large fraction of the total dust mass.

Moreover, this dissertation contains: (i) a presentation of the motivations to study galaxies' spectral energy distributions; (ii) a general description of the way that optical dust properties are modeled; (iii) a detailed description of ISOCAM data reduction; and (iv) a detailed description of the observation and the data reduction with the submillimeter bolometer arrays, SCUBA and MAMBO.
Cette thèse est consacrée à l'observation multi-longueurs d'onde et à la modélisation des poussières, dans les galaxies naines locales de faible métallicité. Les principales motivations d'un tel projet sont : (i) l'étude des propriétés des poussières - composition, distribution de taille, etc. - dans des milieux interstellaires de métallicité non solaire ; (ii) l'étude de distributions spectrales d'énergie globales de galaxies naines qui, de par leur précocité chimique, présentent des analogies avec les galaxies primordiales que l'on ne peut pas observer ; et (iii) l'obtention d'informations sur l'évolution chimique de ces galaxies, par l'intermédiaire du rapport gaz-sur-poussière.

Je commence par une étude détaillée des spectres de ces galaxies, en infrarouge moyen, obtenus avec ISO. Les principales caractéristiques spectrales que nous dégageons sont : (i) la faiblesse de l'émission par les bandes aromatiques, par rapport à ce qui est observé dans les galaxies à flambée de formation d'étoiles de métallicité normale ; (ii) la similarité avec les spectres de régions HII Galactiques - un continuum raide de très petits grains et des raies ioniques proéminentes. Ensuite, nous étudions les spectres d'un échantillon d'objets très variés - galaxies spirales, à flambée de formation d'étoiles, naines et régions HII - afin de construire un diagramme de rapports de bandes. Les corrélations entre les rapports 6.2/11.3, 7.7/11.3 et 8.6/11.3 sont, pour la première fois
établies sur un échantillon aussi diversifié. Elles montrent que les galaxies naines occupent une région particulière de ce diagramme, différente de celle occupée par les régions HII Galactiques, suggérant une différence de structure des PAHs - ionisation, hydrogénation, taille, etc.

La deuxième étape de ce projet est la modélisation de distributions spectrales d'énergie de quatre galaxies naines (He 2-10, II Zw 40, NGC 1140, NGC 1569), de l'ultraviolet au millimétrique. J'ai, pour cela, ajouter à nos propres observations, des données de la littérature. La modélisation se fait de manière cohérente en utilisant des contraintes sur l'émission des poussières, sur le rayonnement stellaire et sur les raies du gaz ionisé. Nous synthétisons les distributions spectrales d'énergie de ces galaxies, ainsi que les courbes d'extinction correspondantes. Les propriétés que nous sommes capables de dégager sont que : (i) l'émission est dominée par des grains de petite taille (3-4 nm) chauffés stochastiquement ; (ii) la courbe d'extinction synthétisée présente des analogies avec celle des nuages de Magellan, au niveau de sa pente, et l'intensité de la bande à 2175 angströms est plus faible dans trois galaxies sur quatre ; (iii) toutes nos distributions spectrales d'énergie ont un excès d'émission submillimétrique que nous attribuons à une composante de poussière très froide, enfouie dans des cœurs denses, contenant une fraction importante de la masse totale de poussière.

Ce manuscrit contient, par ailleurs : (i) une présentation des motivations de l'étude des distributions spectrales d'énergie de galaxies ; (ii) une description générale de la manière dont les propriétés optiques des poussières sont modélisées ; (iii) une description détaillée de la réduction des données ISOCAM ; et (iv) une description détaillée de l'observation et de la réduction des données, avec les caméras de bolomètres submillimétriques, SCUBA et MAMBO.
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Dates et versions

tel-00122609 , version 1 (03-01-2007)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00122609 , version 1

Citer

Frédéric Galliano. Étude Multi-Longueurs d'Onde de Galaxies Naines Proches: Propriétés des Milieux Interstellaires de Faible Métallicité. Astrophysique [astro-ph]. Université Paris Sud - Paris XI, 2004. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00122609⟩
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