TURBULENCE AND THE FORMATION OF FILAMENTS, LOOPS, AND SHOCK FRONTS IN NGC 1275

NGC 1275, the central galaxy in the Perseus cluster, is the host of gigantic hot bipolar bubbles inflated by active galactic nucleus (AGN) jets observed in the radio as Perseus A. It presents a spectacular H alpha-emitting nebulosity surrounding NGC 1275, with loops and filaments of gas extending to over 50 kpc. The origin of the filaments is still unknown, but probably correlates with the mechanism responsible for the giant buoyant bubbles. We present 2.5 and three-dimensional magnetohydrodynamical (MHD) simulations of the central region of the cluster in which turbulent energy, possibly triggered by star formation and supernovae (SNe) explosions, is introduced. The simulations reveal that the turbulence injected by massive stars could be responsible for the nearly isotropic distribution of filaments and loops that drag magnetic fields upward as indicated by recent observations. Weak shell-like shock fronts propagating into the intracluster medium (ICM) with velocities of 100-500 km s(-1) are found, also resembling the observations. The isotropic outflow momentum of the turbulence slows the infall of the ICM, thus limiting further starburst activity in NGC 1275. As the turbulence is subsonic over most of the simulated volume, the turbulent kinetic energy is not efficiently converted into heat and additional heating is required to suppress the cooling flow at the core of the cluster. Simulations combining the MHD turbulence with the AGN outflow can reproduce the temperature radial profile observed around NGC 1275. While the AGN mechanism is the main heating source, the SNe are crucial to isotropize the energy distribution.

Cluster and cluster galaxy evolution history from IR to X-ray observations of the young cluster RX J1257.2+4738 at z=0.866

Context. The cosmic time around the z similar to 1 redshift range appears crucial in the cluster and galaxy evolution, since it is probably the epoch of the first mature galaxy clusters. Our knowledge of the properties of the galaxy populations in these clusters is limited because only a handful of z similar to 1 clusters are presently known. Aims. In this framework, we report the discovery of a z similar to 0.87 cluster and study its properties at various wavelengths. Methods. We gathered X-ray and optical data (imaging and spectroscopy), and near and far infrared data (imaging) in order to confirm the cluster nature of our candidate, to determine its dynamical state, and to give insight on its galaxy population evolution. Results. Our candidate structure appears to be a massive z similar to 0.87 dynamically young cluster with an atypically high X-ray temperature as compared to its X-ray luminosity. It exhibits a significant percentage (similar to 90%) of galaxies that are also detected in the 24 mu m band. Conclusions. The cluster RXJ1257.2+4738 appears to be still in the process of collapsing. Its relatively high temperature is probably the consequence of significant energy input into the intracluster medium besides the regular gravitational infall contribution. A significant part of its galaxies are red objects that are probably dusty with on-going star formation.

A class of compact dwarf galaxies from disruptive processes in galaxy clusters

Dwarf galaxies have attracted increased attention in recent years, because of their susceptibility to galaxy transformation processes within rich galaxy clusters. Direct evidence for these processes, however, has been difficult to obtain, with a small number of diffuse light trails and intra-cluster stars, being the only signs of galaxy disruption. Furthermore, our current knowledge of dwarf galaxy populations may be very incomplete, because traditional galaxy surveys are insensitive to extremely diffuse or compact galaxies. Aware of these concerns, we recently undertook an all-object survey of the Fornax galaxy cluster. This revealed a new population of compact members, overlooked in previous conventional surveys. Here we demonstrate that these 'ultra-compact' dwarf galaxies are structurally and dynamically distinct from both globular star clusters and known types of dwarf galaxy, and thus represent a new class of dwarf galaxy. Our data are consistent with the interpretation that these are the remnant nuclei of disrupted dwarf galaxies, making them an easily observed tracer of galaxy disruption.

Relevé polarimétrique d'étoiles candidates pour des disques de débris

Le relevé DEBRIS est effectué par le télescope spatial Herschel. Il permet d’échantillonner les disques de débris autour d’étoiles de l’environnement solaire. Dans la première partie de ce mémoire, un relevé polarimétrique de 108 étoiles des candidates de DEBRIS est présenté. Utilisant le polarimètre de l’Observatoire du Mont-Mégantic, des observations ont été effectuées afin de détecter la polarisation due à la présence de disques de débris. En raison d’un faible taux de détection d’étoiles polarisées, une analyse statistique a été réalisée dans le but de comparer la polarisation d’étoiles possédant un excès dans l’infrarouge et la polarisation de celles n’en possédant pas. Utilisant la théorie de diffusion de Mie, un modèle a été construit afin de prédire la polarisation due à un disque de débris. Les résultats du modèle sont cohérents avec les observations. La deuxième partie de ce mémoire présente des tests optiques du polarimètre POL-2, construit à l’Université de Montréal. L’imageur du télescope James-Clerk-Maxwell passe de l’instrument SCUBA à l’instrument SCUBA-2, qui sera au moins cent fois plus rapide que son prédécesseur. De même, le polarimètre suit l’amélioration et un nouveau polarimètre, POL-2, a été installé sur SCUBA-2 en juillet 2010. Afin de vérifier les performances optiques de POL-2, des tests ont été exécutés dans les laboratoires sub-millimétriques de l’Université de Western Ontario en juin 2009 et de l’Université de Lethbridge en septembre 2009. Ces tests et leurs implications pour les observations futures sont discutés.

Détection et caractérisation de naines brunes et exoplanètes avec un filtre accordable pour applications dans l'espace

Cette thèse porte sur la capacité à détecter des compagnons de faible intensité en présence de bruit de tavelures dans le contexte de l’imagerie à haute gamme dynamique pour l’astronomie spatiale. On s’intéressera plus particulièrement à l’imagerie spectrale différentielle (ISD) obtenue en utilisant un étalon Fabry-Pérot comme filtre accordable. Les performances d’un tel filtre accordable sont présentées dans le cadre du Tunable Filter Imager (TFI), instrument conçu pour le télescope spatial James Webb (JWST). La capacité de l’étalon à supprimer les tavelures avec ISD est démontrée expérimentalement grâce à un prototype de l’étalon installé sur un banc de laboratoire. Les améliorations de contraste varient en fonction de la séparation, s’étendant d’un facteur 10 pour les séparations supérieures à 11 lambda/D jusqu’à un facteur 60 à 5 lambda/D. Ces résultats sont cohérents avec une étude théorique qui utilise un modèle basé sur la propagation de Fresnel pour montrer que les performances de suppression de tavelures sont limitées par le banc optique et non pas par l’étalon. De plus, il est démontré qu’un filtre accordable est une option séduisante pour l’imagerie à haute gamme dynamique combinée à la technique ISD. Une seconde étude basée sur la propagation de Fresnel de l’instrument TFI et du télescope, a permis de définir les performances de la technique ISD combinée avec un étalon pour l’astronomie spatiale. Les résultats prévoient une amélioration de contraste de l’ordre de 7 jusqu’à 100, selon la configuration de l’instrument. Une comparaison entre ISD et la soustraction par rotation a également été simulée. Enfin, la dernière partie de ce chapitre porte sur les performances de la technique ISD dans le cadre de l’instrument Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), conçu pour remplacer TFI comme module scientifique à bord du Fine Guidance Sensor du JWST. Cent quatre objets localisés vers la région centrale de la nébuleuse d’Orion ont été caractérisés grâce à un spectrographe multi-objet, de basse résolution et multi-bande (0.85-2.4 um). Cette étude a relevé 7 nouvelles naines brunes et 4 nouveaux candidats de masse planétaire. Ces objets sont utiles pour déterminer la fonction de masse initiale sous-stellaire et pour évaluer les modèles atmosphériques et évolutifs futurs des jeunes objets stellaires et sous-stellaires. Combinant les magnitudes en bande H mesurées et les valeurs d’extinction, les objets classifiés sont utilisés pour créer un diagramme de Hertzsprung-Russell de cet amas stellaire. En accord avec des études antérieures, nos résultats montrent qu’il existe une seule époque de formation d’étoiles qui a débuté il y a environ 1 million d’années. La fonction de masse initiale qui en dérive est en accord avec des études antérieures portant sur d’autres amas jeunes et sur le disque galactique.