Galactic archaeology : Observational constraints on the formation scenarios of the thick disc
Archéologie galactique : contraintes observationnelles aux modèles de formation du disque épais
Résumé
In the era of large spectroscopic surveys, galactic archaeology aims to disentangle the merging history of the Milky Way by finding relics of past accretion events. The goal of this thesis is to shed light to the understanding of the formation of the galactic thick disc by analysing 700 low resolution spectra obtained in the near infrared. The tools and the methods that are developed in this work will have a direct applicability to the spectral parameterisation of the Gaia data, which will collect spectra in roughly the same configuration. Two algorithms have been investigated, MATISSE and DEGAS, and a hybrid approach combining these two methods has been proposed in order to derive the stellar atmospheric parameters (effective temperature, surface gravity, overall metallicity). In addition, we have implemented tools in order to obtain the galactocentric distances of the targets, based on stellar isochrones. Once applied on our data sample, full spatial and kinematic coordinates have been obtained. This allowed us to assign the targets to one of the main galactic components, i.e. the thin disc, the thick disc or the halo. We found that the properties of the thick disc outside the solar neighbourhood differ only slightly from the thick disc properties as derived in the solar vicinity. Without ruling out in a definitive way the existence of intrinsic vertical gradients in the thick disc, it has been shown that the vertical trends that we measured can be explained as a smooth transition between the different galactic components. In addition, a correlation between the orbital rotational velocity and the metallicity has been detected. This gradient challenges formation scenarios of the thick disc based on a radial migration of the stars from the inner regions of the Galaxy. Finally, estimations of the scale height and the scale length for different metallicity bins of the thick disc result in consistent values, showing no evidence of relics of destroyed massive satellites. The combination of the kinematical and chemical information that has been obtained in this work, favours formation scenarios based either on a gas rich satellite merger, or the dynamical heating of a pre-existent thin disc by minor mergers.
L'archéologie galactique consiste à retrouver les signatures fossiles des accrétions passées de la Voie Lactée, grâce à l'identification et la caractérisation des populations stellaires qui composent notre Galaxie. Le but de cette thèse est de mieux comprendre la formation du disque épais de notre Galaxie, en se basant sur ∼700 spectres stellaires de basse résolution, obtenus dans le proche infra-rouge. Les outils et méthodes développés au cours de ce travail serviront au traitement et à l'interprétation future des données de la mission Gaia, qui collectera des spectres dans une configuration semblable à celle de l'échantillon observé. Se basant sur les algorithmes de paramétrisation spectrale automatique MATISSE et DEGAS, une procédure de traitement des spectres combinant de façon optimale ces deux approches a été proposée, afin d'estimer les paramètres atmosphériques des étoiles (température effective, gravité de surface, métallicité globale). Nous avons également déterminé les distances et positions galactocentriques des cibles, grâce à des modèles d'évolution stellaires, et nous avons effectué une caractérisation cinématique complète de l'échantillon. Les cibles appartenant au disque mince, disque épais et halo ont été sélectionnées, afin de caractériser chacune de ces sous-structures. Il a été trouvé que celles-ci sont bien des populations distinctes, caractérisées par des distributions chimiques et cinématiques différentes. De plus, les résultats ont montré que les propriétés du disque épais loin du voisinage solaire ne différaient que très peu de celles mesurées localement. Sans pour autant exclure de façon définitive des gradients verticaux intrinsèques dans le disque épais, les tendances en vitesse de rotation orbitale et en métallicité qui ont été mesurées ont pu être expliquées comme une transition continue du rapport entre les différentes composantes galactiques. De plus, une corrélation entre la vitesse orbitale de rotation et la métallicité a été détectée. Ce gradient suggère qu'une migration radiale des étoiles à partir des rayons internes de la Galaxie ne peut pas être le processus dominant ayant formé le disque épais. Enfin, les estimations des échelles de hauteur et de longueur du disque épais en fonction de la métallicité, ainsi que la distribution en excentricité de ces étoiles, ne montrent pas de signatures de reliques d'un satellite massif accrété. Au vu de ces résultats, un scénario de formation du disque épais, basé sur plusieurs fusions mineures de galaxies satellites semble être privilégié. Enfin, les outils développés pour cette étude ont également été utilisés sur près de 2300 spectres observés vers le pôle sud galactique, ainsi que sur plus de 1200 cibles du satellite CoRoT. Les résultats qui en découlent ont permis d'imposer de nouvelles contraintes radiales et verticales sur les structures galactiques.