Division of systems engineering

Présentation en français

Lieu: Salle Galilée, bât. 713, L’Orme des Merisiers, CEA/Saclay 91191, Gif-sur-Yvette

Jour: Jeudi 2 février 2023

Heure: 14h00

Titre: Couplage accrétion - éjection dans les microquasars et sources X ultra-lumineuses.

Résumé: 

Dans l’Univers, des processus d’éjection de matière sont observés dans un large éventail de systèmes accrétants ; néanmoins, la formation et la propagation de ces jets sont encore mal expliquées. Dans le cas des microquasars, un trou noir de masse stellaire accrète de la matière de son étoile compagnon, ce qui forme un disque d’accrétion ; en parallèle, la matière et l’énergie accrétées sont en partie éjectées sous la forme de jets puissants. Les jets peuvent exister à des échelles très variées, des jets compacts collimatés qui mesurent quelques dizaines d’unités astronomiques jusqu’aux jets discrets qui sont en mouvement à l’échelle du parsec. Ma thèse vise à explorer le lien entre l’accrétion de matière et la présence de jets, pour mieux comprendre ces processus d’éjection. Je me suis concentrée principalement sur les jets discrets, qui ont l’avantage d’être détectables jusqu’à plusieurs mois d’affilée, et d’être séparables par imagerie du cœur de la binaire X. D’après des estimations récentes, ces jets emportent une quantité très élevée d’énergie, ce qui fait de leur compréhension un objectif essentiel de l’étude de la physique des hautes énergies.

Au cours de cette thèse, j’ai utilisé différentes sources de données, en radio et en X, pour m’intéresser successivement à plusieurs microquasars. J’ai pu étudier les jets discrets du microquasar MAXI J1820+070 – qui avaient déjà été détectés en radio – grâce à un programme d’observation Chandra. Leur mouvement clairement décéléré au cours du temps est révélateur d’une interaction avec le milieu interstellaire, qui provoque des chocs accélérant les particules du jet à des énergies supérieures à 10 TeV. Ensuite, j’ai suivi MAXI J1803-298 pendant plusieurs mois avec MeerKAT au sein du grand projet international ThunderKAT. Les jets discrets de cette source ne sont pas résolus, mais l’indice spectral des détections radio durant l’état mou signale leur présence ; ceci laisse penser qu’une majorité de microquasars pourrait émettre des jets discrets, qui seraient simplement non résolus. Des observations d’archive du VLA m’ont permis de décrire la propagation des jets discrets de XTE J1748-288 sur plus d’un an, et notamment d’observer l’apparition d’une zone immobile d’interaction continue. Enfin, des observations dédiées à la source X ultra-lumineuse NGC 5408 X-1 ont été réalisées avec MeerKAT. Elles ne m’ont toutefois pas permis de mettre en évidence de variabilité radio liée à des jets à court ou plus long terme.

Le travail effectué au cours de cette thèse a permis d’obtenir des connaissances précieuses sur les jets discrets, notamment en mettant en évidence la quantité d’énergie très élevée qu’ils arrachent au système au cours de leur éjection, et d’identifier plusieurs zones d’interaction de jets discrets avec le milieu interstellaire. De plus, on a découvert une quatrième source dont les jets discrets sont détectables dans les X – ce qui atteste de leur très forte énergie interne.

Mots-cléfs: Microquasars, Binaires X, Trous noirs, Jets relativistes, Accrétion

Directeur de thèse: Stéphane Corbel

Composition du jury: Frédéric Daigne, Natalie Webb, Sylvain Chaty, Giulia Migliori, Pierre-Olivier Petrucci

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Talk in French

Location: Salle Galilée, bât. 713, L’Orme des Merisiers, CEA/Saclay 91191, Gif-sur-Yvette

Day: Thursday, February 2, 2023

Time: 14:00

Title: Accretion-ejection coupling in microquasars and ultraluminous X-ray sources

Abstract: 

In the Universe, matter ejection processes are observed in a wide range of accreting systems – but the formation and propagation of these jets are still poorly explained. In microquasars, a stellar-mass black hole accretes matter from its companion star, thus forming an accretion disc; in parallel, the accreted matter and energy are partly channeled into powerful jets. Jets can evolve on very different scales: from compact, collimated jets of tens of astronomical units, to moving, discrete ejecta at parsec scales. My PhD thesis aimed at studying the link between accretion of matter and the presence of jets, in order to better understand the ejection processes. I focused mainly on discrete jets, which have the advantages of being detectable for up to several months, and of being resolved from the core of the X-ray binary. According to recent estimates, these jets carry very high amounts of energy, which makes their understanding central to the study of high-energy astrophysics.

During this thesis, I used different sources of X-ray and radio data. The discrete jets of the microquasar MAXI J1820+070, already detected in radio, were studied thanks to a Chandra proposal. Their motion, that is clearly decelerated with time, is indicative of interactions with the interstellar medium, which are responsible for shocks accelerating particles in the jet to energies above 10 TeV. I also monitored MAXI J1803-298 during several months with MeerKAT as part of the Large Survey Project ThunderKAT. The discrete ejecta of this source are not resolved, but the spectral index of the radio detections during the soft state indicates their presence – this suggests that a majority of microquasars may emit discrete jets that simply are unresolved. Archival VLA observations allowed me to study the propagation of discrete jets from XTE J1748-288 over more than a year, and in particular to observe the appearance of a stationary region of carried-on interaction. Finally, the ultra-luminous X-ray source NGC 5408 X-1 was studied through dedicated observations with MeerKAT, which however did not enable me to unearth any short- or long-term radio variability linked to jets.

The work carried out during this thesis has contributed to provide valuable insights into discrete jets, including by highlighting the very high amount of energy they pull out of the system during their ejection, and to identify several areas of jet interaction with the interstellar medium. In addition, the fourth source for which discrete jets are detectable in X-rays – proof of their very high internal energy – has been discovered.

Keywords: Microquasars, X-ray binaries, Black holes, Relativistic jets, Accretion

Thesis supervisor: Stéphane Corbel

Jury: Frédéric Daigne, Natalie Webb, Sylvain Chaty, Giulia Migliori, Pierre-Olivier Petrucci.