Strongly lensed high redshift dusty star forming galaxies discovered in wide area millimetre surveys

• Main Author: Hezavehe, Seyed-Yashar
• Other Authors: Gilbert Holder (Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2013
• Subjects: Physics - Astronomy and Astrophysics
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=119596

In this thesis we study a population of gravitationally lensed, extremely distant, dusty, star-forming galaxies (DSFGs) discovered in large area millimetre surveys. This work is a collection of theoretical and observational studies which shed light on different aspects of this population, and pave the way for future use of these sources to study galaxy formation at high-redshift, dark matter, and dark energy. Two chapters of this work study the statistical properties of this population, demonstrating that i) the existence of extremely bright, high-redshift galaxies in millimetre and sub-millimetre surveys can be understood in the context of gravitational lensing of high-redshift sources by intervening structures along the line-of-sight, and ii) statistical lensing models allow us to understand the selection effects and statistical biases of this sample, which are crucial for a correct interpretation of the underlying source population. This thesis also studies how the lensing of high redshift sources modifies the statistics of the background radiation, resulting in a biased measurement of dark energy parameters using Sunyaev-Zel'dovich cluster detection experiments, such as the South Pole Telescope. The simulations presented in this work allow us to correct for this effect. We then present high resolution Atacama Large Millimeter Array (ALMA) observations of four of the sources in this sample, unambiguously confirming that these sources are gravitationally lensed by intervening galaxies. We develop a lens modeling technique appropriate for interferometric data and apply it to the ALMA observations to derive the lensing magnification, allowing the calculation of the intrinsic (unlensed) properties of the DSFGs. Finally, we study the prospects for detecting low-mass dark matter subhalos embedded in the halos of the lensing galaxies through their gravitational effects on the images of the background DSFGs. We show that by taking advantage of the spectral resolution of ALMA, it may be possible to detect dark matter halos with masses as low as 10^8 solar mass. === Cette thèse a pour objet l'étude d'une population de distantes et poussiéreuses galaxies à sursauts d'étoiles (DSFGs) ayant subit l'effet de lentille gravitationnelle et ayant été découvertes lors de grands sondages des ondes millimétriques. Le présent travail est constitué d'une collection d'études à la fois théoriques et observationnelles qui ont fait la lumière sur différents aspects de cette population de galaxies, et qui ont pavé la voie pour l'utilisation future de ces sources pour l'étude de la formation des galaxies à décalage vers le rouge élevé, de la matière noire et de l'énergie sombre. Deux chapitres du présent travail présentent l'étude des propriétés statistiques de cette population. On y démontre, premièrement, que l'existence d'une telle population de galaxies, extrêmement brillantes et à décalage vers le rouge élevé, au sein de sondages des longueurs d'ondes millimétriques et sub-millimétriques peut être comprise dans le contexte du phénomène de lentille gravitationnelle avec pour source ces distantes galaxies et pour lentille des structures massives alignées dans la même ligne de visée. Deuxièmement, on y démontre que la modélisation statistique des lentilles permet la compréhension des effets de sélection ainsi que les biais statistiques qui entrent en jeux dans l'échantillon de galaxies composant cette population; effets qui sont cruciaux pour une interprétation juste des propriétés réelles de la population. Cette thèse étudie également la manière par laquelle l'effet de lentille gravitationnelle modifie les propriétés statistiques du rayonnement de fond cosmologique diffus, ce qui a pour conséquence de biaiser les mesures des paramètres de l'énergie sombre via les expériences de détection d'amas par l'effet Sunyaev-Zel'dovich, tel le Télescope du Pôle Sud (SPT). Les simulations présentées dans le présent travail permettent la correction de ce biais. Nous présentons ensuite les observations de quatre sources tirées de l'échantillon de cette population en haute résolution, prises à l'aide du réseau ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Ces observation confirment sans ambiguité que ces sources ont bel et bien subi l'effet de lentille gravitationnelle. Nous développons une technique de modélisation des lentille appropriée pour et adapté aux données interférométriques, puis nous appliquons cette dernière aux observations d'ALMA afin de dériver les facteurs d'agrandissement spécifiques à ces quatre sources, nous permettant de calculer les paramètres intrinsèques des-dites sources. Finalement, nous explorons la possibilité de détecter des sous-halo à faible masse de matière noire qui se trouvent enclavés dans le halo des galaxies lentilles, par le biais de leur influence gravitationnelle sur l'image des DSFGs d'arrière-plan. Nous démontrons qu'en tirant avantage de la résolution spectrale d'ALMA, il pourrait être possible de détecter des halos de matière noire d'une masse aussi faible que 10^8 Masse solaire.