The Evolution of Infrared Galaxies.
From cosmological observations with the ISO satellite to a model in the mid-infrared to the submillimeter range.
L'Evolution des Galaxies Infrarouges.
Des observations cosmologiques avec ISO a une modelisation de l'infrarouge moyen au submillimetrique
Résumé
This thesis deals with the analysis of the FIRBACK deep survey performed in the far infrared at λ=170 µm with the INFRARED SPACE OBERVATORY whose aim is the study of the galaxies contributing to the Cosmic Infrared Background, and with the modellisation of galaxy evolution in the mid-infrared to submillimeter range.
The FIRBACK survey covers 3. 89 Sq. Deg. in 3 high galactic latitude and low foreground emission fields (2 of which are in the northern sky). I first present the techniques of reduction, processing and calibration of the ISOPHOT cosmological data. I show that there is a good agreement between PHOT and DIRBE on extended emission, thanks to the derivation of the PHOT footprint. Final maps are created, and the survey is confusion limited at σc=45m J y.
I present then the techniques of source extraction and the simulations for photometry needed to build the final catalog of 106 sources between 180 mJy (4σ) and 2.4 Jy. The complementary catalog is made of 90 sources between 135 and 180 mJy. Galaxy counts show a large excess with respect to local counts or
models (with and without evolution), only compatible with strong evolution scenarios. The Cosmic Infrared Background (CIB) is resolved at 4 % at 170 µm. The identifications of the sources at other wavelengths suggest that most of the sources are local, but a non negligible part lies above redshift 1.
I have developped a phenomenological model of galaxy evolution in order to constrain galaxy evolution in the infrared and to have a better understanding of what the FIRBACK sources are. Using the local Luminosity Function (LF), and template spectra of starburst galaxies, it is possible to constrain the evolution of the LF using all the available data : deep source counts at 15, 170 and 850 µm and the CIB spectrum. I show that galaxy evolution is dominated by a high infrared luminosity population, peaking at L=2.0*10^11 Redshift distributions are in agreement with available observations. Predictions are possible with our model for the forthcoming space missions such as SIRTF, Planck and FIRST.
The FIRBACK survey covers 3. 89 Sq. Deg. in 3 high galactic latitude and low foreground emission fields (2 of which are in the northern sky). I first present the techniques of reduction, processing and calibration of the ISOPHOT cosmological data. I show that there is a good agreement between PHOT and DIRBE on extended emission, thanks to the derivation of the PHOT footprint. Final maps are created, and the survey is confusion limited at σc=45m J y.
I present then the techniques of source extraction and the simulations for photometry needed to build the final catalog of 106 sources between 180 mJy (4σ) and 2.4 Jy. The complementary catalog is made of 90 sources between 135 and 180 mJy. Galaxy counts show a large excess with respect to local counts or
models (with and without evolution), only compatible with strong evolution scenarios. The Cosmic Infrared Background (CIB) is resolved at 4 % at 170 µm. The identifications of the sources at other wavelengths suggest that most of the sources are local, but a non negligible part lies above redshift 1.
I have developped a phenomenological model of galaxy evolution in order to constrain galaxy evolution in the infrared and to have a better understanding of what the FIRBACK sources are. Using the local Luminosity Function (LF), and template spectra of starburst galaxies, it is possible to constrain the evolution of the LF using all the available data : deep source counts at 15, 170 and 850 µm and the CIB spectrum. I show that galaxy evolution is dominated by a high infrared luminosity population, peaking at L=2.0*10^11 Redshift distributions are in agreement with available observations. Predictions are possible with our model for the forthcoming space missions such as SIRTF, Planck and FIRST.
Cette these a pour objet d'une part l'analyse du releve profond FIRBACK effectue par l'INFRARED SPACE OBSERVATORY dans l'infrarouge lointain (λ=170 µm), qui a pour but d'etudier les galaxies contribuant au fond extragalactique infrarouge, et d'autre part la modelisation de l'evolution des galaxies dans le domaine spectral s'etendant de l'infrarouge moyen au submillimetrique.
Le releve FIRBACK est constitue de 3 champs (deux boreaux et un austral) a haute latitude Galactique et de faible emission d'avant-plan, couvrant une surface totale de 3. 89 degre carres.
J'expose tout d'abord les techniques de reduction, de traitement et d'etalonnage des donnees cosmologiques ISOPHOT. En particulier, je montre qu'en ayant determine le lobe de l'instrument, l'emission etendue est en accord entre PHOT et DIRBE. Les cartes finales sont construites, et le releve est limite par la confusion σc=45 mJy.
Je presente ensuite les techniques d'extraction des sources et de simulation pour la photometrie, qui permettent de construire le catalogue final de 106 sources, de flux compris entre 180 mJy (4σc ) et 2.4 Jy. Le catalogue complementaire regroupe 90 sources de flux compris entre 135 et 200 mJy. Les comptages de galaxies presentent un fort exces par rapport aux modeles sans et avec evolution, et aux observations locales : ils ne sont compatibles qu'avec des scerarii de forte evolution. Les sources representent 4% du fond extragalactique a 170 µm. Les quelques identifications a d'autres longueurs d'onde (en particulier dans le domaine visible et submillimetrique) suggerent que les sources FIRBACK sont des galaxies tres lumineuses dont la majorite est locale, mais dont une fraction non negligeable se situe a des redshifts superieurs a 1.
Dans le but de comprendre la nature des sources FIRBACK et d'apporter
des contraintes sur l'evolution des galaxies infrarouges, j'ai developpe un modele phenomenologique d'evolution. En utilisant la fonction de luminosite locale observee et une famille de spectres de galaxies starburst, il est possible de contraindre l'evolution de la fonction de luminosite en ajustant toutes les donnees existantes : comptages profonds a 15, 170 et 850 µm et spectre du fond extragalactique. Je montre ainsi que l' evolution des galaxies dans le domaine couvrant l'infrarouge moyen au submillimetrique est dominee par une population de galaxies infrarouges ultra-lumineuses, dont le pic se situe a L=2.0*10^11 Luminosites solaires. Les distributions en redshift sont en accord avec les observations. Le modele permet de faire des predictions pour les futures observations spatiales de SIRTF (Spitzer), Planck et FIRST (Herschel).
Le releve FIRBACK est constitue de 3 champs (deux boreaux et un austral) a haute latitude Galactique et de faible emission d'avant-plan, couvrant une surface totale de 3. 89 degre carres.
J'expose tout d'abord les techniques de reduction, de traitement et d'etalonnage des donnees cosmologiques ISOPHOT. En particulier, je montre qu'en ayant determine le lobe de l'instrument, l'emission etendue est en accord entre PHOT et DIRBE. Les cartes finales sont construites, et le releve est limite par la confusion σc=45 mJy.
Je presente ensuite les techniques d'extraction des sources et de simulation pour la photometrie, qui permettent de construire le catalogue final de 106 sources, de flux compris entre 180 mJy (4σc ) et 2.4 Jy. Le catalogue complementaire regroupe 90 sources de flux compris entre 135 et 200 mJy. Les comptages de galaxies presentent un fort exces par rapport aux modeles sans et avec evolution, et aux observations locales : ils ne sont compatibles qu'avec des scerarii de forte evolution. Les sources representent 4% du fond extragalactique a 170 µm. Les quelques identifications a d'autres longueurs d'onde (en particulier dans le domaine visible et submillimetrique) suggerent que les sources FIRBACK sont des galaxies tres lumineuses dont la majorite est locale, mais dont une fraction non negligeable se situe a des redshifts superieurs a 1.
Dans le but de comprendre la nature des sources FIRBACK et d'apporter
des contraintes sur l'evolution des galaxies infrarouges, j'ai developpe un modele phenomenologique d'evolution. En utilisant la fonction de luminosite locale observee et une famille de spectres de galaxies starburst, il est possible de contraindre l'evolution de la fonction de luminosite en ajustant toutes les donnees existantes : comptages profonds a 15, 170 et 850 µm et spectre du fond extragalactique. Je montre ainsi que l' evolution des galaxies dans le domaine couvrant l'infrarouge moyen au submillimetrique est dominee par une population de galaxies infrarouges ultra-lumineuses, dont le pic se situe a L=2.0*10^11 Luminosites solaires. Les distributions en redshift sont en accord avec les observations. Le modele permet de faire des predictions pour les futures observations spatiales de SIRTF (Spitzer), Planck et FIRST (Herschel).
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