2.3 Les réponses apportées par les observations et de nouvelles questions
2.3.2 Importance et influence de l’environnement
Définition de l’environnement
Comme nous l’avons vu dans le chapitre 1, les galaxies vivent dans différents environnements plus ou moins denses : les amas, les groupes, le champ. La définition de l’environnement à partir des observations n’est pas triviale.
Plusieurs études considèrent des mesures d’environnement en comptant le nombre de galaxies les plus lumineuses dans une région d’angle solide donné (e.g. Cooper et al., 2012). Avec cette méthode, cependant, il y a un risque de contamination im- portant avec les objets sur une même ligne de visée projetés au même endroit dans le plan du ciel. C’est pourquoi Cooper et al. (2012), par exemple, combinent cette mesure avec des mesures de redshifts spectroscopiques. D’autres prennent pour environne- ment dense des groupes ou des amas détectés avec des redshifts spectroscopiques et/ou photométriques (e.g. Raichoor et al., 2012; Papovich et al., 2012).
Études préalables sur l’environnement
Ce travail de thèse porte principalement sur l’étude des effets d’environnement sur la relation masse-taille et l’évolution en taille des galaxies passives de type pré- coce. C’est un sujet déjà ouvert au débat et dont plusieurs études antérieures montrent la difficulté. D’une part, la mesure de l’environnement peut être sujette à controverse. D’autre part, les études ne peuvent pas être comparées entre elles car les méthodes pour mesurer la masse ou selectionner les galaxies diffèrent.
Pourtant, déterminer l’influence de l’environnement est un point crucial appor- tant une contrainte supplémentaire pour les modèles et qui peut permettre de trou- ver le processus dominant dans l’évolution en taille des galaxies compactes. Certains modèles prévoient en effet une différence d’évolution des galaxies vivant dans diffé- rents halos de matière noire, les moins massifs que l’on assimile au champ et les plus massifs qui correspondent aux amas de galaxies.
Dans l’Univers local d’abord, Weinmann et al. (2009), Maltby et al. (2010) et plus récemment Huertas-Company et al. (2012) ont étudié la dépendance de l’environne- ment sur la relation masse-taille des galaxies de type précoce et convergent vers le même résultat : la relation ne dépend pas de l’environnement. Poggianti et al. (2012)
comme Valentinuzzi et al. (2010a), quant à eux, trouvent des tailles légèrement plus petites pour les galaxies vivant dans des environnements denses, les amas, que dans le champ.
Dans l’Univers plus lointain, Rettura et al. (2010) ont réalisé une comparaison entre le champ et un amas à z ∼ 1, 2 et ne trouvent pas non plus de différences sur la re-
lation masse-taille des galaxies de champ et d’amas. Plus récemment, Raichoor et al. (2012) ont fait une étude similaire sur le super-amas du LYNX à z=1, 23 en séparent
trois environnements : l’amas, les groupes et le champ. La figure 2.9 montre la dis- tribution des tailles des galaxies dans les trois environnements et pour trois modèles de populations stellaires (Bruzual & Charlot 2003, Maraston 2005 et Charlot & Bru- zual 2007). Pour leur échantillon de galaxies de type précoce ayant des masses de
10 < log(M/M⊙) < 11, 5, ils ont trouvé qu’en moyenne les galaxies dans l’amas et
dans les groupes à masse fixée ont une distribution en taille beaucoup moins disper- sée que les galaxies de champ, en utilisant les masses estimées avec les modèles de Maraston (2005) et de Charlot & Bruzual (2007). Compte tenu de la dispersion, ils n’ont trouvé pas de différences entre champ et amas dans le cas de masses estimées avec les modèles de Bruzual et Charlot (2003).
FIGURE 2.9 –Distribution en taille des ETGs dans 3 environnements différents à z∼
1, 23 : dans l’amas du LYNX en haut, des groupes au milieu et le champ en bas, pour 3 modèles de populations stellaires différents : Bruzual et Charlot (2003) à gauche, Maraston (2005) au milieu et Charlot & Bruzual (2007) à droite (extrait de Raichoor et al., 2012).
À l’inverse, Papovich et al. (2012) ont comparé des galaxies de champ et d’amas à z =1, 62 avec des données CANDELS et ont trouvé la tendance opposée : leur échan-
tillon de galaxies passives avec log(M/M⊙) > 10, 5 a en moyenne des tailles plus
grandes dans un environnement dense que dans le champ. La figure 2.10, extraite de Papovich et al. (2012), montre l’évolution de la taille par rapport à la taille moyenne de la relation locale de Shen et al. (2003). En plus de leur données, ils ont ajouté des données de la littérature et ajusté un profil d’évolution en Re ∝ (1+z)α pour les ga- laxies de champ et pour les galaxies d’amas. D’après leur résultat, on observe que les galaxies d’amas évoluent moins vite que les galaxies de champ, mais à un instant donné, les galaxies d’amas sont en moyenne plus grandes que les galaxies de champ. De la même façon, Cooper et al. (2012) ont utilisé les données de 11 493 galaxies ayant des redshifts spectroscopiques dans l’intervalle 0, 4 < z < 1, 2, issues des relevés de
galaxies DEEP2 et DEEP3 (Davis et al., 2003, 2007; Newman et al., 2012; Cooper et al., 2011) pour évaluer l’impact de l’environnement. Ils ont observé la même tendance que Papovich et al. (2012) à des redshifts plus faibles, et dans le même intervalle de masse que Raichoor et al. (2012). Ils ont mesuré la densité de l’environnement en uti- lisant la densité surfacique projetée du 3evoisin le plus proche, Σ3, qui dépend de la distance projetée Dp,3 du 3evoisin dans une fenêtre de ±1250 km/s pour exclure les galaxies d’avant et d’arrière plan, de telle sorte que Σ3 =3/πD2p,3. Ils ont ainsi défini
un environnement dense dans les 15% de la partie la plus dense de la distribution de densité surfacique projetée et un environnement peu dense dans les 50% les moins denses de la distribution de densité.
FIGURE 2.10 – Évolution de rapport du rayon effectif sur le rayon effectif moyen à
z=0 (extrait de Papovich et al., 2012).
Il est possible que ces précédentes études manquent de statistiques pour voir une tendance claire et pouvoir conclure sur le rôle de l’environnement dans l’évolution en taille des galaxies. Même si nous avons vu que les différences de sélection ne sem- blaient pas affecter le résultat de l’évolution en taille (Huertas-Company et al., 2013), les différences entre ces études peuvent être dues à la façon de mesurer l’environne- ment ou aux modèles choisis pour estimer la masse des galaxies, ou tout simplement
aux incertitudes sur les redshifts photométriques qui peuvent contaminer les échan- tillons de façon importante.
La toute dernière étude de Huertas-Company et al. (2013) qui utilise des galaxies de champ ou de groupes extraites du relevé COSMOS (Scoville et al., 2007b; George et al., 2011) apporte encore un autre résultat. On a pour la première fois une étude sur la question de l’environnement avec un échantillon statistique important qui distingue galaxies de champ et galaxies de groupes sur un large intervalle de red- shift de façon à avoir l’évolution de la taille en fonction du redshift dans les deux environnements (groupe et champ) avec un échantillon homogène jusquà z ∼ 1.
La figure 2.11 résume le résulat final sur l’évolution en taille des galaxies massives
(log(M/M⊙) > 10, 5) de type précoce dans les groupes et dans le champ. La dif-
férence entre les deux environnements n’est pas visible : l’environnement apparaît donc ne pas avoir d’effet sur l’évolution en taille des galaxies de type précoce.
Cependant, on peut se demander si la différence d’environnement champ/groupe est suffisamment grande ou si l’étude va assez loin en redshift. L’étude qui va suivre poursuit ce travail et le complète en ajoutant une comparaison avec les galaxies d’amas dans un large intervalle de redshift.
FIGURE 2.11 – Evolution en taille normalisée par la masse des ETGs sélectionnées
dans COSMOS dans des groupes (cercles plein) et dans le champ (cercles vides) (extrait de Huertas-Company et al., 2013)