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Origine et nature de l’émission haute énergie des microquasars : comportements à long terme et suivis temps réels avec les observatoires INTEGRAL et SVOM

Astrophysique Physique corpusculaire et cosmos

Résumé du sujet

Les microquasars sont des systèmes binaires compacts contenant une étoile « normale » et un objet dense (trou noir ou étoile à neutrons). Le potentiel gravitationnel intense de l’objet compact extrait pour ensuite avaler une partie de la matière de l’étoile compagnon via un disque d'accrétion. Cette image est cependant simpliste et le flot interne d'accrétion est bien plus complexe que cela: le disque est source de vents de matière, alors que des jets relativistes dont les liens à l'accrétion sont inconnus (origine de la matière, énergétique et source de leur accélération, causalité avec les états d'accrétion) sont observés notamment en radio. En sus de ces phénomènes, déjà largement incompris, les observations de haute énergies (typiquement en rayons X durs et gamma) ont mis en lumière la présence de composantes

spectrale dont la compréhension est l'une des grandes questions qui sera abordée dans cette thèse. Cette composante a pu être associée au jet dans un cas, mais nos travaux récents ont amené plus de questions que de réponses définitive à ce sujet.

Le projet de thèse se propose donc de s'attaquer à quelques unes des grandes questions relatives aux phénomènes d'accrétion-éjection dans les microquasars via deux approches complémentaires, et en utilisant les données entre 1 et 1000 keV acquises et en cours d'acquisition avec INTEGRAL, et après son lancement fin 2022, les données de suivis du satellite SVOM.

Dans une première approche nous suivrons l’activité et l’évolution des trous noirs galactiques, à commencer par le microquasar GRS 1915+105 pour lequel une campagne de monitoring est menée depuis de nombreuses années et est toujours en cours (campagne approuvée pour l’année 2022). Notre équipe est aussi PI d’observations de suivi des autres trous noirs Galactiques, et a de ce fait accès aux données temps réel, afin de suivre le comportement de ces objets et de réagir en conséquence lors d’événements fortuits via des programmes dits de cibles d’opportunités (ToO) dédiés. Ces travaux, inclus dans une approche multi-longueur d’onde (radio notamment, mais aussi à plus haute énergie avec le réseau CTA) à travers les collaborations au sein du Département d’Astrophysique, permettront, entre autres, de répondre aux questions suivantes : quels sont les liens précis entre l’accrétion et l’éjection et quelle l’interconnexion existe entre les différentes composantes ?

En parallèle, nous accumulerons les données issues de l’archive conséquente d’INTEGRAL, en combinant pour chaque source les observations faites dans un même état spectral. Ici l’aspect dynamique sera ignoré au profit de l’aspect statistique : ce « stacking » permet l’accumulation de bien plus de photons, par là d’obtenir une précision statistique supérieure nécessaire pour mieux contraindre le domaine 200-2000 keV, et d’utiliser les capacités d’INTEGRAL/IBIS en mode polarimètre. L’approche spectroscopique(INTEGRAL et SVOM dans le futur), la modélisation avec différents modèles physiques de ces spectres, le sondage polarimétrique, le tout placé dans un contexte multi-longueur d’onde permettront d’aborder l’origine de la composante au MeV, sa connexion aux états d’accrétion, son éventuel lien aux jet et donc la composition et l’énergétique des jets et/ou de la « couronne ».

Laboratoire

Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’univers
Direction d’Astrophysique
Laboratoire d’Etudes des Phénomènes Cosmiques de Haute Energie
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