Résumé du preprint DAPNIA-07-229

DAPNIA-07-229
Des microquasars aux systèmes binaires enfouis: enquête dans l'Univers des astres extrêmes... (Habilitation à diriger les recherches - HDR)
S. Chaty
Notre Galaxie regorge donc de systmes binaires de haute nergie diffrents de par leur nature, et leurs proprits: l\'astre compact peut tre soit une toile  neutron soit un trou noir, et l\'toile compagnon peut tre une toile de faible masse ou de grande masse. Ajoutons  cela des caractristiques diffrentes lies  la taille de l\'orbite et au rapport des masses des deux objets, et nous obtenons des systmes aux proprits compltement diffrentes. L\'observation tant  l\'astrophysique ce que l\'exprimentation est  la physique, seule une tude exhaustive de ces systmes aux caractristiques diffrentes mais lis par une mme physique permet de comprendre leur formation, leur fonctionnement et leur volution.

Les systmes binaires constituent des objets intressants  tudier, non seulement parce qu\'il s\'y produit des phnomnes relativistes extrmes, mais aussi de par le fait que l\'change de matire et de moment angulaire entre les deux composantes modifie, certainement acclre, leur volution:  la fois l\'objet compact et l\'toile compagnon voluent diffremment du fait de la prsence de l\'autre objet. L\'tude de cette volution  long terme, en particulier de l\'toile compagnon, permet de mieux comprendre les modles de population d\'toiles dans les systmes binaires.

Mes travaux de recherche portent  la fois sur les systmes binaires de faible et de grande masse, contenant toiles  neutron et trous noirs, et dans une moindre mesure sur les astres extragalactiques (noyaux actifs de galaxie et sursauts de rayons gamma). Le chapitre \"Microquasars\" de ce manuscrit dcrit mes travaux sur les microquasars, ces sources prsentant des jets relativistes, qui sont principalement des systmes binaires de rayons X de faible masse.  Ces astres sont des laboratoires idaux d\'tude des phnomnes relativistes de physique de haute nergie, car ils posent des questions essentielles  la comprhension de la nature et du fonctionnement de ces formidables puits gravitationnels: quels sont les processus physiques permettant l\'jection  partir de l\'accrtion, quelle est la nature des jets, quelle est l\'nergie des lectrons du jet, quelle est la fraction de masse qui est jecte, quels sont les effets des interactions entre la matire jecte et le milieu environnant? L\'originalit de mes travaux sur les microquasars porte principalement sur une approche multi-longueur d\'onde, fonde sur des observations dans diffrents domaines, des rayons X  la radio en passant par l\'infrarouge.  Par cette approche, j\'ai tout d\'abord mis en vidence le lien entre les phnomnes d\'accrtion et d\'jection de matire dans l\'archtype des microquasars, GRS 1915+105, puis j\'ai montr qu\'une composante non-thermique tait prsente dans l\'ensemble de la distribution spectrale d\'nergie d\'un autre microquasar, XTE J1118+480. Ces observations ont permis d\'apporter des contraintes et des tests svres aux modles et thories dcrivant les phnomnes d\'accrtion--jection.

La suite de ce manuscrit, dans le chapitre \"Sources INTEGRAL\", concerne les systmes binaires de grande masse rcemment dcouverts par le satellite de rayons X et gamma INTEGRAL. L encore, l\'originalit de mon travail provient d\'une approche multi-longueur d\'onde.  Grce  un travail d\'identification et d\'tude sur l\'ensemble du spectre lectromagntique, j\'ai pu identifier la premire source dtecte par ce satellite, IGR J16318-4848, comme un systme binaire de grande masse contenant une toile compagnon supergante d\'un type rarement vu dans notre Galaxie, et enfoui derrire ce qui semble tre un cocon de poussire et/ou de gaz froid. Cette source est ensuite devenue le prototype d\'une nouvelle population d\'astres mettant dans les hautes nergies, dont la dcouverte rvolutionne notre vision sur la formation, l\'volution et le destin des systmes binaires de haute nergie, en remettant en cause les schmas classiques d\'volution, et en imposant des contraintes nouvelles sur les modles de synthse de population. L\'tude de ces sources INTEGRAL, ainsi que les questions que pose cette nouvelle population, devraient permettre de mieux comprendre l\'volution de l\'ensemble des systmes binaires.

L\'approche multi-longueur d\'onde n\'est pas qu\'une technique, car elle requiert de se confronter  des phnomnes diffrents, mettant  des nergies diffrentes, et permettant de sonder diverses parties de l\'astre tudi.  Ainsi, mon approche s\'est avre toujours tre ``multi-chelle\'\' au sens o j\'ai  chaque fois tudi les astres de haute nergie sous diffrentes coutures, et en les comparant  d\'autres astres de haute nergie.  J\'ai tudi les microquasars sous diffrentes coutures, depuis le disque d\'accrtion au niveau de sa dernire orbite stable autour de l\'objet compact, jusqu\' l\'interaction entre matire jecte et milieu environnant.  J\'ai compar les microquasars  d\'autres astres de haute nergie, en commenant par les quasars, par une analogie morphologique assez vidente, dont il fallait montrer si elle tait justifie par une analogie physique, puis en continuant par les microblazars et blazars, avant de comparer les phnomnes d\'accrtion--jection  ceux prsents dans les phnomnes de sursauts gamma. Enfin, la dcouverte d\'une nouvelle population de sources X rvle par INTEGRAL impose d\'tudier les proprits de l\'toile supergante, ainsi que le type d\'accrtion sphrique  partir du vent stellaire. Ce sont en effet principalement le type de l\'toile et de l\'accrtion qui donnent  cette population ses caractristiques inhabituelles.

Je finis ce manuscrit par des conclusions, ainsi que des perspectives, dans le chapitre \"Conclusion\", portant principalement sur l\'tude de la formation, de l\'volution et de la fin de vie des systmes binaires de grande masse, en insistant sur l\'importance de l\'environnement et de l\'interaction entre les deux composantes, sur leur volution, et leur destin final... Je montre ainsi que l\'avenir de l\'Astrophysique des hautes nergies s\'avre radieux, avec bientt l\'avnement du satellite GLAST, qui augmentera drastiquement le nombre d\'astres clestes de haute nergie.

Pour conclure, et avant d\'entrer dans le vif du sujet, l\'originalit de mes travaux de recherche rside donc dans l\'approche  la fois multi-longueur d\'onde et multi-chelle, qui elle-seule peut permettre de dvoiler les secrets des astres clestes mettant dans les hautes nergies...

 

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