High energy emission studies of accreting stellar mass black holes
Etude des émissions à haute énergie des trous noirs stellaires accrétants
Résumé
The present work is dedicated to the study of various X-ray binary systems harbouring accreting stellar mass black holes (or candidates) associated in X-ray binary systems mainly through the spectral and timing properties of the high energy 3 keV-1 MeV emission, sometimes completed by observations performed in radio, near-infrared and optical. The first part is devoted to accretion physics phenomena and the challenges of understanding the X-ray/gamma emission produced with the modelisations of such high energy processes. Then I will define in a second part the instruments on board INTEGRAL and the way coded masked aperture is employed. In a third part, I will develop the standard data reduction analysis and my own contribution in improving the usual software before detailing the specific informatics tools I have developed for my own analysis. In the fourth part I will turn towards the deep analysis and interpretations I have performed on several black hole X-ray binary systems chosen properly: the persistent black hole source Cygnus X-1 which has been studied since several years and surprised us by a high-energy excess detected; two new transient sources which provide interesting informations, XTE J1720-318 located in the galactic bulge and SWIFT J1753.5-0127, probably situated in the halo. I will also detail my work on H 1743-322, recently identified by INTEGRAL as the HEAO source discovered in 1977, and on three (almost) persistent microquasars with superluminal jets, 1E 1740.7-2942, GRS 1758-258 and GRS 1915+105. I will analyze for each source spectral parameter evolutions and their links with each other during state transitions. I will then discuss the presence of two different X/gamma-ray emitting media with a relatively changing geometry. While establishing a cyclic order for the different variability classes of GRS 1915+105 observed during ten years, I will propose an interpretation for such behaviour, compatible with the theoretical predictions of the Accretion-Ejection Instability. As a conclusion I will discuss my results in the framework of theoretical models to explain the observations presented and I will derive some caveats to the general (well understood) physical processes occurring in X-ray binary systems. I will discuss two important phenomena recently observed. I will conclude with my perspectives of future research work.
La présente thèse porte sur l'étude de plusieurs systèmes binaires X accrétants contenant un trou noir stellaire (avéré ou potentiel) à travers les propriétés spectrales et temporelles de leurs émissions à haute énergie entre 3 keV et 1 MeV, éventuellement agrémentées d'observations dans les domaines radio, proche infrarouge et visible. La première partie est consacrée à la physique de l'accrétion, aux enjeux qu'elle représente et modélisations qui en découlent pour expliquer le rayonnement perçu. Je détaille dans une deuxième partie les instruments à bord d'INTEGRAL dont les trois instruments principaux utilisent les techniques d'imagerie à masque codé. Ensuite, je présente les procédures d'analyses de données avant de montrer mon apport personnel à l'amélioration des logiciels existants et à la création d'outils informatiques spécifiques à mes analyses. Dans une quatrième partie, je présente mes analyses et interprétations sur les observations de plusieurs sources binaires X à trou noir, judicieusement déterminées et choisies : Cygnus X-1, trou noir confirmé persistant étudié depuis de nombreuses années ayant surpris par un excès haute énergie détecté ; deux sources transitoires nouvelles et intéressantes, XTE J1720-318 située dans le centre galactique et SWIFT J1753.5-0127, plus probablement localisée dans le halo. Je détaille ensuite mes analyses sur H 1743-322, identifiée grâce à INTEGRAL avec une source découverte par HEAO en 1977, et sur trois microquasars presque persistants à jets superluminiques, 1E 1740.7-2942, GRS 1758-258 et GRS 1915+105. J'analyse les liens entre les paramètres spectraux et leurs changements lors des transitions entre états. Je discute la présence de deux milieux émetteurs de rayons X/gamma, de géométrie relative changeante. Pour GRS 1915+105, j'établis un cycle probable ordonné dans la succession de ses variabilités pendant dix années et je propose une interprétation compatible avec les prédictions du modèle d'Instabilité d'Accrétion-Ejection. En conclusion, je commente ces résultats spectro-temporels dans le cadre de modèles théoriques expliquant les phénomènes observés et déduis certaines limites à notre compréhension générale des systèmes binaires X. Je décris ce qu'apportent deux nouveaux phénomènes observés et termine par mes perspectives de recherches.
Loading...