THESE DE DOCTORAT DE L'UNIVERSITE DE STRASBOURG

Audrey Galametz

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
THESE DE DOCTORAT DE L'UNIVERSITE DE STRASBOURG Discipline: Astronomie et Astrophysique Presentee par: Audrey Galametz Pour obtenir le grade de Docteur en sciences de l'Universite de Strasbourg The Environments of AGN out to z=2 Soutenue publiquement le 26 Mars 2010 Membres du jury: Directeur de these: Dr. Mark Allen (Observatoire de Strasbourg, France) Rapporteur interne: Dr. Bernd Vollmer (Observatoire de Strasbourg, France) Rapporteur externe: Dr. Philip Best (Institute for Astronomy, Edinburgh, UK) Rapporteur externe: Dr. Simona Mei (Observatoire de Paris, France) Examinateur: Dr. Adriano Fontana (Osservatorio Astronomico di Roma, Italy) Examinateur (et encadrant de these): Dr. Carlos De Breuck (ESO, Garching, Allemagne) Membres invites: Encadrant de these: Dr. Joel Vernet (ESO, Garching, Allemagne) Encadrant de these: Dr. Daniel Stern (JPL, Pasadena, CA, USA)

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Informations

• Publié par: profil-zyak-2012
• Publié le: 01 mars 2010
• Nombre de lectures: 130
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 29 Mo

Extrait

THESE DE DOCTORAT DE L’UNIVERSITE DE STRASBOURG

Discipline:

Astronomie et Astrophysique

Présentée par:

Audrey Galametz

Pour obtenir le grade de Docteur en sciences de l’Université de Strasbourg

The Environments of AGN out to z=2

Soutenue publiquement le 26 Mars 2010

Membres du jury: Directeur de thèse: Dr. Mark Allen (Observatoire de Strasbourg, France) Rapporteur interne:Dr. Bernd Vollmer (Observatoire de Strasbourg, France) Rapporteur externe:Dr. Philip Best (Institute for Astronomy, Edinburgh, UK) Rapporteur externe:Dr. Simona Mei (Observatoire de Paris, France) Examinateur:Dr. Adriano Fontana (Osservatorio Astronomico di Roma, Italy) Examinateur (et encadrant de thèse): Dr. Carlos De Breuck (ESO, Garching, Allemagne)

Membres invités: Encadrant de thèse: Dr. Joël Vernet (ESO, Garching, Allemagne) Encadrant de thèse: Dr. Daniel Stern (JPL, Pasadena, CA, USA)

‘Of course, they say every atom in our bodies was once part of a star. Maybe I’m not leaving... maybe I’m going home.’ Gattaca -

Acknowledgements/Remerciements

I am very grateful to the three organizations that host me during this PhD. Thanks to the staffof the Observatory of Strasbourg, my home university. I would like to express my gratitude to the Jet Propulsion Laboratory in Pasadena and its staff(in particular Charles Lawrence) for welcoming me a year. It was one of the most enriching experience in my life, both scientifically and humanly. Thanks at last to the European Southern Observatory in Garching and its members, in particular Bruno Leibundgut and Robert Fosbury. I feel really honored to have been a member of the big ESO family both for my master thesis project and for my PhD. I would never be able to express with a few words the gratitude and admiration I feel for you, my four PhD advisors: Mark Allen, Carlos De Breuck, Joël Vernet and Daniel Stern. It has been a pleasure to work with you during these years and benefit for your expertise on science and life. Thanks to Mark for welcoming me in these last months of my PhD at the Observatory of Strasbourg so that I could take advantage of this additional time to write this thesis and papers therein serenely. Thank you, Dan for welcoming me at the JPL for a year and for always having been present during the rest of my thesis despite the 9 hours delay. I liked very much the year I spent in California and a big part of it was thanks to you. A special thanks for your tremendous help when I was writing my papers; they just became Shakespearian works after your English expertise. Thanks to your wonderful family too, your wife Cynthia and your two adorable Asher and Eden. A vous deux maintenant, Carlos et Joël. Vous avez assisté à mes tous débuts en science quand je suis arrivée en stage de master à l’ESO. Je mesure la chance d’avoir été votre étudiante. Vous avez été à l’écoute et je souhaite que beaucoup d’autres étudiants/es aient cette merveilleuse opportunité de vous avoir comme directeurs de thèse. Merci également à vos épouses Myha et Elise ainsi qu’ à vos adorables petits bouts de chou, Fenno, Emmi, Laora et au petit dernier qui va bientôt s’ajouter à la famille SHzRG. Four years have passed since Ifirst stepped a foot in Munich and became this fantastic adven- ture. And I would like to thank people I met along the way. Thanks to my collaborators Adam Stanford, Peter Eisenhardt, Lexi Moustakas, Mark Brodwin, Alessandro Rettura, Tadayuki Ko- dama, Alain Omont, Chiara Marmo, Bram Venemans, Jaron Kurk, Nina Hatch, George Miley, Roderik Overzier, Andrew Zirm and a special thanks to Nick Seymour (and his wife, Fran). It has been an honor to work with all of you and benefit from your experience and advice. Thanks to the young generation of scientists, students and fellows I met at the JPL, at ESO, at the Observatory or in conferences, in particular Jouni, Jarek, Yuri, Sune, Gerrit, Suzanna, Francesco, Stefano, Gio- vanni, Silvia, Tina, Amanda, Jack and Veronica. I wish you all the best for your life and career. A particular thought to my ESO officemate, Heidi. We shared much more than just our passion for books. Last (but not least), I would like to thank my friends, Timo, Yara, Gina and Claudio. I am just very lucky to have you in my life. Merci enfin à ma famille, mes parents et bien sûr, à ma soeur, ma jumelle, Maud.

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Abstract

This thesis aims to identify and characterise the most distant galaxy clusters by targeting red sequence galaxies and active galactic nuclei in the wide area environment of distant radio galaxies. This study complements both the lower redshift cluster searches which have identified clusters out toz=1.45 using optical and X-ray selections and the work on protoclusters aroundz>2 radio galaxies using the LyαThe new aspects of the workemitters and Lyman break techniques. presented in this thesis are:(i)the study of the missing link between clusters and protoclusters known to date by the investigation of the less studied redshift range 1.4<z<2(ii)the selection of the more massive components of galaxy clusters i.e., the red passively evolving galaxy population using pertinent optical/near-infrared colour cuts(iii)the use of widefield observations to study possible large scale galaxy structures associated with high redshift galaxy clusters(iv)the study of the diversity of radio galaxy environment with the analysis of several radio galaxyfields(v)the more specific study of the population of active galactic nuclei in galaxy clusters and its evolution with cosmic time. Such studies are now possible thanks to the advent of new widefield near- infrared cameras such as CFHT/WIRCam or VLT/HAWK-I which permit to extend to higher redshift and larger scale the study of galaxy clusters. We studied thefields aroundfive radio galaxies at 1.4<z!2. Using a combination of stellar evolution modeling and published spectroscopy, we designed appropriate optical+near-infrared colour selection criteria adapted from popular selection techniques (e.g. theBzKselection for galaxies atz>1.4) to select both red passively evolved and blue star-forming galaxy cluster can- didates. The spatial distribution of the red galaxies is clearly non homogeneous and often present afilamentary structure containing the radio galaxies. We found that two of our studiedfields, 7C 1756+6520 atz=1.42 and MRC 0156-252 atz=2.02, show overdensities of a factor of 2−4 in red sources compared to controlfields. Thefirstfield shows a high concentration of red galaxies around the radio galaxy and several other aligned clumps forming a large scalefilamentary struc- ture of several Mpc. The secondfield demonstrates a more compact system of both blue and red galaxies concentrated within 1 Mpc of the radio galaxy. A spectroscopy campaign confirmed that our suspected structure around 7C 1756-6520 is indeed a galaxy cluster with 20 galaxies found with redshifts consistent with the radio galaxy. We therefore conclude that although not all radio galaxies are found in overdense regions —at least as far as the red population is concerned — they are however a very efficient tool to search for high redshift galaxy clusters with the discovery in this thesis of the second most distant galaxy cluster to date at=1.42 and a galaxy cluster candidate atz∼2.

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Résumé

Cette thèse est consacrée à l’identification et l’étude des amas de galaxies à grand redshift. Nous concentrons notre analyse sur l’environnement à grand échelle de radiogalaxies lumineuses et à l’étude des galaxies de la séquence rouge et des noyaux actifs de galaxies détectés dans leur voisi- nage. Le travail présenté dans ce manuscrit étend d’une part les études des amas de galaxies à z<1.5 sélectionnés dans le visible et les rayons X et d’autre part celles des proto-amas détectés dans le voisinage des radiogalaxies àz>2 grâce aux surdensités d’émetteurs Lyαou de galaxies à discontinuité de Lyman. Cette thèse a permis d’explorer sous de nouveaux angles, la recherche des amas à grand redshift:(i)edudhâuc’ltéınon manquant entrez=1.4 etz=2 i.e., entre les proto-amas et amas connus à ce jour(ii)la sélection des galaxies les plus massives, mem- bres d’un amas (i.e. les galaxies rouges de type primitif) grâce à des critères de couleur adaptés (iii)l’utilisation d’observations grand champ nécessaires à l’étude sur une plus large échelle de structures de galaxies associées aux radiogalaxies(iv)l’étude de la diversité des environnements de radiogalaxies grâce à l’analyse de plusieurs champs(v)l’étude plus spécifique de la population des noyaux actifs de galaxies dans les amas de galaxies et de son évolution en fonction du redshift. De telles études ont été rendues possible grâce à la mise en place de nouveaux instruments comme WIRCam au CFHT et HAWK-I au VLT qui permettent d’étendre l’étude des amas de galaxies à plus grand redshift et sur une plus large échelle. Nous avons étudié les champs de cinq radiogalaxies à 1.4<z!2. Nous avons associé des modèles d’évolution stellaire à des échantillons de galaxies ayant un redshift spectroscopique dans la littérature et développé des critères de sélection dans le visible et l’infrarouge proche adaptés de techniques de sélection classiques (e.g. la sélectionBzKpour les galaxies àz>1.4). Ces critères nous ont permis de sélectionner à la fois les galaxies rouges de type primitif et les galaxies plus bleues formant des étoiles. La distribution spatiale des galaxies rouges n’est pas ho- mogène et présente souvent une structurefilamentaire qui contient la radiogalaxie. Deux champs, 7C 1756+6520 (z=1.42) et MRC 0156-252 (z=2.02) sont surdenses en galaxies rouges, d’un factor 2−4 comparé à des champs de référence. Le premier champ présente une grande concentra- tion de galaxies rouges autour de la radiogalaxie ainsi que plusieurs autres groupes alignés formant une structurefiLe deuxième champ présente un systèmelamentaire étendue sur plusieurs Mpc. plus compact de galaxies rouges et bleues concentrées à moins de 1 Mpc de la radiogalaxie. Une campagnie de spectroscopie a permis de confirmer que notre structure associée à 7C 1756+6520 est en effet un amas de galaxies. 20 galaxies ont été trouvées à un redshift consistent avec celui de la radiogalaxie. Nous avons ainsi montré que, bien que toutes les radiogalaxies ne se situent pas dans des champs surdenses — au moins en ce qui concerne les galaxies rouges — elles ont été toutefois un outil efficace pour la recherche d’amas de galaxies à grand redshift avec la découverte du deuxième amas le plus distant à ce jour àz=1.42 et la mise en évidence d’un possible amas de galaxies àz∼2.

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