High Energy Emission from Galactic Black Holes
EMISSION DE HAUTE ENERGIE DES TROUS NOIRS GALACTIQUES
Résumé
My research activity in astrophysics between 1990 and 2005, and the activity of the students and researchers that I directed, have been mainly centered on the study of galactic accreting black holes through astronomical observations of their high energy (X-ray and gamma-ray) emission.
The work has been carried out in the frame of the space-born astronomy projects in which my laboratory was involved, in particular within the two recent European key-projects of gamma-ray astronomy, the French-Russian mission SIGMA/GRANAT and the European Space Agency (ESA) mission INTEGRAL. My role in these projects was to develop the data analysis system and I specialized in the analysis techniques for the coded aperture systems, which were employed for
the telescopes carried by these missions. After a description of my contributions to the mission data
analysis systems I report in this manuscript the scientific programs I developed and the main results
I obtained on the two domains of black hole astrophysics to which I significantly contributed.
First of all, thanks to the data collected with SIGMA and INTEGRAL, I could develop a research program on the galactic close binary systems where a stellar mass black hole accretes matter from a companion star giving rise to X-ray/gamma-ray emission. The main result of this
work has been the detection of a high energy emission feature in the X-ray Nova of the Musca constellation. This program also led to important results, obtained with both gamma-ray and X-ray data, on 13 black holes X-ray transients (of the X-ray nova type) and 3 black hole persistent sources that I could study in the energy band from1 to 1000 keV.
Secondly I have developed a large scientific program concerning the study of the high energy emission from the super-massive black hole at the centre of our Galaxy. Thanks to the SIGMA deep survey of the Galactic Centre I could set stringent upper limits to the gamma-ray emission from this unique object. This result has led to the development of new models describing
the accretion flow in black holes. Then I discovered X-ray flares coming from the central black hole with data of the XMM-Newton observatory and more recently an INTEGRAL source coincident with the centre of the Galaxy. I discuss these results in the frame of the physics of the Galactic Centre and of the accretion and ejection processes around black holes.
Finally, I present my research program for the next years, which includes the participation to the high energy astronomy space project SIMBOL-X. This project extends, by the mean of two formation flying satellites, the technique of grazing incidence focalisation to hard X-rays with the purpose to study the non-thermal phenomena of our universe.
The work has been carried out in the frame of the space-born astronomy projects in which my laboratory was involved, in particular within the two recent European key-projects of gamma-ray astronomy, the French-Russian mission SIGMA/GRANAT and the European Space Agency (ESA) mission INTEGRAL. My role in these projects was to develop the data analysis system and I specialized in the analysis techniques for the coded aperture systems, which were employed for
the telescopes carried by these missions. After a description of my contributions to the mission data
analysis systems I report in this manuscript the scientific programs I developed and the main results
I obtained on the two domains of black hole astrophysics to which I significantly contributed.
First of all, thanks to the data collected with SIGMA and INTEGRAL, I could develop a research program on the galactic close binary systems where a stellar mass black hole accretes matter from a companion star giving rise to X-ray/gamma-ray emission. The main result of this
work has been the detection of a high energy emission feature in the X-ray Nova of the Musca constellation. This program also led to important results, obtained with both gamma-ray and X-ray data, on 13 black holes X-ray transients (of the X-ray nova type) and 3 black hole persistent sources that I could study in the energy band from1 to 1000 keV.
Secondly I have developed a large scientific program concerning the study of the high energy emission from the super-massive black hole at the centre of our Galaxy. Thanks to the SIGMA deep survey of the Galactic Centre I could set stringent upper limits to the gamma-ray emission from this unique object. This result has led to the development of new models describing
the accretion flow in black holes. Then I discovered X-ray flares coming from the central black hole with data of the XMM-Newton observatory and more recently an INTEGRAL source coincident with the centre of the Galaxy. I discuss these results in the frame of the physics of the Galactic Centre and of the accretion and ejection processes around black holes.
Finally, I present my research program for the next years, which includes the participation to the high energy astronomy space project SIMBOL-X. This project extends, by the mean of two formation flying satellites, the technique of grazing incidence focalisation to hard X-rays with the purpose to study the non-thermal phenomena of our universe.
Mon activité de recherche en astrophysique entre les années 1990 et 2005 et celle des étudiants et chercheurs que j'ai encadrés, ont été centrées principalement sur l'étude des trous noirs galactiques accrétants par le moyen d'observations astronomiques de leur émission de haute énergie (X et gamma). Ce travail a été réalisé dans le cadre de projets d'astronomie spatiale dans lesquels mon laboratoire était impliqué et notamment dans les deux projets clefs de l'astronomie gamma européenne des années 1990 et 2000, la mission franco-russe SIGMA/GRANAT et celle de l'Agence Spatiale Européenne INTEGRAL. Mon rôle dans ces missions a été de développer les systèmes d'analyse des données et je me suis spécialisé dans les techniques d'analyse pour les systèmes à ouvertures codées, systèmes employés dans les télescopes des ces missions. Après avoir illustré mes contributions originales dans ce domaine, je décris dans ce mémoire les programmes scientifiques que j'ai développés et les résultats que j'ai obtenus sur les deux thèmes d'astrophysique des trous noirs auxquels j'ai contribué en manière significative.
Tout d'abord, grâce aux données gamma récoltées avec SIGMA et INTEGRAL, j'ai pu réaliser un programme d'études sur les systèmes binaires serrées, où un trou noir de masse stellaire accréte de la matière de l'étoile compagnon donnant lieu à de l'émission X/gamma. Le
résultat majeur de ce travail a été la découverte d'une structure spectrale d'émission de haute énergie dans la nova X de la constellation de la Mouche. Je décris aussi plusieurs autres résultats obtenus grâce aux données gamma, couplés à des données X d'autres observatoires, sur 13 sources transitoires (novas X) et 3 sources persistantes à trou noir que j'ai pu étudier dans la gamme entre 1 et 1000 keV.
J'ai aussi développé un vaste programme scientifique concernant l'étude de l'émission de haute énergie du trou noir supermassif du centre de la Galaxie. Grâce au balayage profond effectué avec SIGMA j'ai d'abord établi des limites supérieures contraignantes à l'émission gamma de cet objet. Ce résultat a conduit au développement de nouveaux modèles décrivant les processus d'accrétion dans les trous noirs. Ensuite, j'ai découvert des sursauts X en provenance du trou noir
central avec des données de l'observatoire XMM-Newton et plus récemment une source INTEGRAL qui coïncide avec le centre de la Galaxie. Je discute ces résultats dans le cadre de la physique du centre galactique et des processus d'accrétion et éjection dans les trous noirs.
Je présente enfin mon programme de recherche pour les années à venir, qui voit en première ligne mon implication dans un projet d'astronomie spatiale des hautes énergies, SIMBOL-X. Ce projet prévoie, par le moyen de deux satellites en formation, d'étendre la technique de focalisation par incidence rasante aux rayons X durs afin d'étudier les phénomènes non thermiques de notre univers.
Tout d'abord, grâce aux données gamma récoltées avec SIGMA et INTEGRAL, j'ai pu réaliser un programme d'études sur les systèmes binaires serrées, où un trou noir de masse stellaire accréte de la matière de l'étoile compagnon donnant lieu à de l'émission X/gamma. Le
résultat majeur de ce travail a été la découverte d'une structure spectrale d'émission de haute énergie dans la nova X de la constellation de la Mouche. Je décris aussi plusieurs autres résultats obtenus grâce aux données gamma, couplés à des données X d'autres observatoires, sur 13 sources transitoires (novas X) et 3 sources persistantes à trou noir que j'ai pu étudier dans la gamme entre 1 et 1000 keV.
J'ai aussi développé un vaste programme scientifique concernant l'étude de l'émission de haute énergie du trou noir supermassif du centre de la Galaxie. Grâce au balayage profond effectué avec SIGMA j'ai d'abord établi des limites supérieures contraignantes à l'émission gamma de cet objet. Ce résultat a conduit au développement de nouveaux modèles décrivant les processus d'accrétion dans les trous noirs. Ensuite, j'ai découvert des sursauts X en provenance du trou noir
central avec des données de l'observatoire XMM-Newton et plus récemment une source INTEGRAL qui coïncide avec le centre de la Galaxie. Je discute ces résultats dans le cadre de la physique du centre galactique et des processus d'accrétion et éjection dans les trous noirs.
Je présente enfin mon programme de recherche pour les années à venir, qui voit en première ligne mon implication dans un projet d'astronomie spatiale des hautes énergies, SIMBOL-X. Ce projet prévoie, par le moyen de deux satellites en formation, d'étendre la technique de focalisation par incidence rasante aux rayons X durs afin d'étudier les phénomènes non thermiques de notre univers.