The structure and evolution of galaxies via their bulges and disks in the nearby Universe

La structure et l'évolution des galaxies par leurs bulbes et disques dans l'Univers proche L’astronome Edwin Hubble classa les galaxies selon leurs formes, créant ainsi la séquence de Hubble, qui décrit les classes morphologiques des elliptiques (E), des lenticulaires (S0), des spirales (de Sa à Sm) et des irrégulières (Im). La formation de la séquence de Hubble pose un défi aux théories de formation des galaxies, qui doivent expliquer comment une telle diversité d’objets a pu se former. Répondre à cette question demande de caractériser la morphologie d’échantillons représentatifs de galaxies afin de comprendre leur histoire de formation. Dans cette thèse, je développe avec SourceXtractor++ une procédure de modélisation fiable des profils de luminosité des composantes dominantes des galaxies, les bulbes et les disques, pour les 4458 galaxies proches du catalogue morphologique EFIGI. Avec ZPEG, j'ajuste des spectres sur leurs flux multi-bandes afin de déterminer leurs masses stellaires et leurs taux de formation d’étoiles. Dans le diagramme de couleur absolue NUV−r versus masse, je retrouve la bimodalité en couleur et la zone intermédiaire de la Vallée Verte, et montre qu’elles sont parcourues par les types morphologiques successifs de la séquence de Hubble. Les galaxies situées dans la Vallée Verte subissent un rougissement systématique du disque et une croissance marquée du bulbe par un facteur de 2 à 3, ce qui exclut un scénario d’extinction rapide. En examinant les bulbes, disques, barres, anneaux et bras spiraux, nous dressons un schéma de l’évolution des galaxies suggérant que la dynamique interne, sous l’effet d’interactions ou de fusions, pourrait être la clé du vieillissement des galaxies. La séquence de Hubble peut alors être considérée comme une séquence inverse de l’évolution physique des galaxies. Je réexamine les relations d’échelle entre la taille, la luminosité et la brillance de surface des galaxies, bulbes et disques en fonction de leur morphologie. Je montre que la relation de Kormendy pour les galaxies elliptiques s’étend aux bulbes des types S0 à Sb, tandis que les bulbes moins brillants et plus petits des types plus tardifs s’en écartent, avec une diminution du rapport bulbe-sur-total (B/T) et des indices de Sérsic. Je mets en évidence une transition continue des pseudo-bulbes aux bulbes classiques, plutôt qu’une dichotomie entre ces deux classes. Je dérive de nouvelles relations convexes entre taille et luminosité pour les bulbes et disques des galaxies EFIGI, améliorant l’estimation de leur taille à toutes les magnitudes. Cet aspect est crucial pour générer des images synthétiques réalistes comprenant tous les types de galaxies existants, qui sont nécessaires pour contrôler les effets systématiques liés à la forme des galaxies dans les mesures qui sont déduites des grands relevés de galaxies, tels qu'avec Euclid. De plus, j’obtiens le résultat inédit que les rayons effectifs des bulbes et des disques des spirales ou des lenticulaires augmentent selon des lois de puissance du B/T. L’analyse du catalogue morphologique EFIGI peut être étendue à MorCat, un relevé limité en magnitude apparente à g≤15.5, dont EFIGI est un sous-échantillon de fréquence comparable des types de Hubble, ce qui permet de dériver des distributions des paramètres morphologiques représentatives de l’Univers proche. Cette étude des galaxies proches dresse un scénario d’évolution pour les types de Hubble paramétré par les propriétés des bulbes et des disques. Toutefois, l’analyse directe de la morphologie en fonction du temps cosmique est nécessaire pour comprendre comment la séquence de Hubble s’est mise en place. Pour cela, ma méthodologie peut être adaptée à d’autres relevés de galaxies, comme avec Euclid, ou les champs profonds du CFHT Legacy Survey ou de Hyper-Suprime Cam. Je compte également localiser les types morphologiques parmi les feuillets, filaments et nœuds de la toile cosmique, afin d’explorer le rôle de l’environnement local et à grande échelle dans les transformations du Nuage Bleu vers la Séquence Rouge.