Abstract, Résumé

Abstract

This thesis deals with the analysis of the FIRBACK deep survey performed in the far infrared at $\lambda$ = 170 $\mu$m with the INFRARED SPACE OBSERVATORY, whose aim is the study of the galaxies contributing to the Cosmic Infrared Background, and with the modellisation of galaxy evolution in the mid-infrared to submillimeter range.

The FIRBACK survey covers 3.89^$\square$ in 3 high galactic latitude and low foreground emission fields (2 of which are in the northern sky). I first present the techniques of reduction, processing and calibration of the ISOPHOT cosmological data. I show that there is a good agreement between PHOT and DIRBE on extended emission, thanks to the derivation of the PHOT footprint. Final maps are created, and the survey is confusion limited at $\sigma_{c}^{}$ = 45mJy.

I present then the techniques of source extraction and the simulations for photometry needed to build the final catalog of 106 sources between 180 mJy (4$\sigma$) and 2.4 Jy. The complementary catalog is made of 90 sources between 135 and 180 mJy. Galaxy counts show a large excess with respect to local counts or models (with and without evolution), only compatible with strong evolution scenarios. The Cosmic Infrared Background (CIB) is resolved at 4 % at 170 $\mu$m. The identifications of the sources at other wavelengths suggest that most of the sources are local, but a non negligible part lies above redshift 1.

I have developped a phenomenological model of galaxy evolution in order to constrain galaxy evolution in the infrared and to have a better understanding of what the FIRBACK sources are. Using the local Luminosity Function (LF), and template spectra of starburst galaxies, it is possible to constrain the evolution of the LF using all the available data: deep source counts at 15, 170 and 850 $\mu$m and the CIB spectrum. I show that galaxy evolution is dominated by a high infrared luminosity population, peaking at L = 2.0×10¹¹L_$\odot$. Redshift distributions are in agreement with available observations. Predictions are possible with our model for the forthcoming space missions such as SIRTF, Planck and FIRST.

Résumé

Cette thèse a pour objet d'une part l'analyse du relevé profond FIRBACK effectué par l'INFRARED SPACE OBSERVATORY dans l'infrarouge lointain ( $\lambda$ = 170 $\mu$m), qui a pour but d'étudier les galaxies contribuant au fond extragalactique infrarouge, et d'autre part la modélisation de l'évolution des galaxies dans le domaine spectral s'étendant de l'infrarouge moyen au submillimétrique.

Le relevé FIRBACK est constitué de 3 champs (deux boréaux et un austral) à haute latitude Galactique et de faible émission d'avant-plan, couvrant une surface totale de 3.89^$\square$. J'expose tout d'abord les techniques de réduction, de traitement et d'étalonnage des données cosmologiques ISOPHOT. En particulier, je montre qu'en ayant déterminé le lobe de l'instrument, l'émission étendue est en accord entre PHOT et DIRBE. Les cartes finales sont construites, et le relevé est limité par la confusion $\sigma_{c}^{}$ = 45 mJy.

Je présente ensuite les techniques d'extraction des sources et de simulation pour la photométrie, qui permettent de construire le catalogue final de 106 sources, de flux compris entre 180 mJy ( 4$\sigma_{c}^{}$) et 2.4 Jy. Le catalogue complémentaire regroupe 90 sources de flux compris entre 135 et 200 mJy. Les comptages de galaxies présentent un fort excès par rapport aux modèles sans et avec évolution, et aux observations locales: ils ne sont compatibles qu'avec des scérarii de forte évolution. Les sources représentent 4% du fond extragalactique à 170 $\mu$m. Les quelques identifications à d'autres longueurs d'onde (en particulier dans le domaine visible et submillimétrique) suggèrent que les sources FIRBACK sont des galaxies très lumineuses dont la majorité est locale, mais dont une fraction non négligeable se situe à des redshifts supérieurs à 1.

Dans le but de comprendre la nature des sources FIRBACK et d'apporter des contraintes sur l'évolution des galaxies infrarouges, j'ai développé un modèle phénoménologique d'évolution. En utilisant la fonction de luminosité locale observée et une famille de spectres de galaxies starburst, il est possible de contraindre l'évolution de la fonction de luminosité en ajustant toutes les données existantes: comptages profonds à 15, 170 et 850 $\mu$m et spectre du fond extragalactique. Je montre ainsi que l'évolution des galaxies dans le domaine couvrant l'infrarouge moyen au submillimétrique est dominée par une population de galaxies infrarouges ultra-lumineuses, dont le pic se situe à L = 2.0×10¹¹L_$\odot$. Les distributions en redshift sont en accord avec les observations. Le modèle permet de faire des prédictions pour les futures observations spatiales de SIRTF, Planck et FIRST.

Mots-clés: COSMOLOGIE - GALAXIES: FORMATION, EVOLUTION, COMPTAGES - OBSERVATION: INFRAROUGE, SUBMILLIMÉTRIQUE, SPATIAL - FONCTION DE LUMINOSITÉ - FOND EXTRAGALACTIQUE