Les galaxies lumineuses dans le domaine infrarouge et submillimétrique, et l'évolution de la fonction de luminosité

Figure 5.1: Tentative de quantification de l'évolution de la fonction de luminosité par [Lilly et al.(1999)] à partir d'observations de sources submillimétriques du CFRS. LF estimée dans le domaine 0.5 < z < 1: cercle plein (2 sources); LF pour 1 < z < 3: triangle plein (4 ou 8 sources); LF pour 3 < z < 8: triangle ouvert (4 sources). Les LF locales sont tracées en supposant un spectre de type Arp 220.

Les observations d'IRAS ont montré la présence de galaxies très lumineuses (LIRG's, ULIRG's, HLIRG's) dans l'infrarouge, dont certaines dépassent en luminosité 10¹³L_$\odot$ [Rowan-Robinson et al.(1991),Rowan-Robinson(2000)]. Les observations submillimétriques détectent également la présence, à plus grand redshift, de ces galaxies très lumineuses [Ivison et al.(2000)]. Par ailleurs, la détection de sources avec ISO à 170 $\mu$m à des redshifts supérieurs à 1 indique leur grande luminosité, puisque la sensibilité d'un télescope de 60 cm ne permet pas de détecter des galaxies L_$\star$ à z = 1.

Ces observations suggèrent qualitativement que la densité de galaxies très lumineuses dans l'infrarouge croît avec le redshift. La plupart d'entre elle étant dominée par la formation intense d'étoiles (ou si elles ne sont pas dominées elles passent néanmoins par des phases de starburst [Lutz et al.(1998)]), l'augmentation de leur densité est en accord avec le spectre du CIB, dominé par l'infrarouge lointain, et les estimations du taux global de formation d'étoiles dans l'Univers. Il est par conséquent attendu que la fonction de luminosité évolue avec le redshift, avec en particulier la croissance de la densité de sources plus lumineuses que L_$\star$.

Cette augmentation de densité est observée marginalement par [Lilly et al.(1999)], qui ont estimé la fonction de luminosité des sources SCUBA pour des redshifts supérieurs à 0.5 (figure 5.1) avec une dizaine de sources (d'où de grandes incertitudes, pouvant atteindre un facteur 2). Ils montrent que la densité de sources augmente d'un facteur de l'ordre de 300 entre l'Univers local et z = 1 - 3.