Study of extreme celestial sources: from microquasars to obscured binary systems...
Des microquasars aux systèmes binaires enfouis: enquête dans l'Univers des astres extrêmes...
Résumé
Introduction:
In this introduction chapter I describe the general characteristics, the formation and evolution of different types of high energy binary systems, and also the general context inside which resides my research. I finish by the important current questions, and by describing the originality of my research activities.
Microquasars:
I present an overview of past, present and future research on microquasars and jets, showing that microquasars, i.e. galactic jet sources, are among the best laboratories for high energy phenomena and astroparticle physics. After reminding the analogy with quasars, I focus on one of the best microquasar representatives, probably the archetype, namely GRS 1915+105, and present accretion and ejection phenomena, showing that only a multi-wavelength approach allows a better understanding of phenomena occurring in these sources. Thereafter, I review jets at different scales: compact jets, large-scale jets, and the interactions between ejection and the surrounding medium. I finish this review by showing that microquasars are good candidates to be emitters of astroparticles: very high energy photons, cosmic rays and neutrinos.
INTEGRAL sources:
A new type of X-ray sources has been discovered by INTEGRAL, and their nature is revealed by means of multi-wavelength observations. Among these high-energy binary sources, two distinct classes are appearing. The first class is constituted of intrinsically obscured high-energy sources, of which IGR J16318-4848 seems to be an extreme representant. The second class is populated by the so-called supergiant fast X-ray transients, with IGR J17544-2619 being the archetype. I first report here on X-ray observations allowing an accurate localization of INTEGRAL sources, before describing a multi-wavelength study, from optical to mid-infrared wavelengths, of a sample of 20 INTEGRAL sources, including IGR J16318-4848 and IGR J17544-2619. This study first consists in an accurate astrometry, a photometry and a spectroscopy of these objects in optical and NIR, showing the predominance of high mass X-ray binary systems, hosting supergiant stars. Then, I show that in the case of the obscured sources IGR J16318-4848, IGR J16195-4945 and IGR J16358-4726, these observations suggest the presence of absorbing material (dust and/or cold gas) enshrouding the whole binary system. This chapter ends with a discussion about the nature of INTEGRAL sources in general, and the distinction between obscured sources and SFXTs.
Conclusion:
What has been accomplished in the understanding of high energy binary systems, what remains to be done in this field, and the important questions which need to be resolved, and which will occupy my time during the next years... This chapter is divided in three parts. In the first one, I describe questions related to the population of Galactic sources, taken as a whole, and how they can allow to better understand high energy binary systems. In the second one, I focus on the study of the formation and evolution of high energy binary systems as an object, and on phenomena occuring in these systems. In the third one, I give details on a project that I am very interested in, and which takes roots in the two previous ones: the distinction between progenitors of neutron stars and black holes.
In this introduction chapter I describe the general characteristics, the formation and evolution of different types of high energy binary systems, and also the general context inside which resides my research. I finish by the important current questions, and by describing the originality of my research activities.
Microquasars:
I present an overview of past, present and future research on microquasars and jets, showing that microquasars, i.e. galactic jet sources, are among the best laboratories for high energy phenomena and astroparticle physics. After reminding the analogy with quasars, I focus on one of the best microquasar representatives, probably the archetype, namely GRS 1915+105, and present accretion and ejection phenomena, showing that only a multi-wavelength approach allows a better understanding of phenomena occurring in these sources. Thereafter, I review jets at different scales: compact jets, large-scale jets, and the interactions between ejection and the surrounding medium. I finish this review by showing that microquasars are good candidates to be emitters of astroparticles: very high energy photons, cosmic rays and neutrinos.
INTEGRAL sources:
A new type of X-ray sources has been discovered by INTEGRAL, and their nature is revealed by means of multi-wavelength observations. Among these high-energy binary sources, two distinct classes are appearing. The first class is constituted of intrinsically obscured high-energy sources, of which IGR J16318-4848 seems to be an extreme representant. The second class is populated by the so-called supergiant fast X-ray transients, with IGR J17544-2619 being the archetype. I first report here on X-ray observations allowing an accurate localization of INTEGRAL sources, before describing a multi-wavelength study, from optical to mid-infrared wavelengths, of a sample of 20 INTEGRAL sources, including IGR J16318-4848 and IGR J17544-2619. This study first consists in an accurate astrometry, a photometry and a spectroscopy of these objects in optical and NIR, showing the predominance of high mass X-ray binary systems, hosting supergiant stars. Then, I show that in the case of the obscured sources IGR J16318-4848, IGR J16195-4945 and IGR J16358-4726, these observations suggest the presence of absorbing material (dust and/or cold gas) enshrouding the whole binary system. This chapter ends with a discussion about the nature of INTEGRAL sources in general, and the distinction between obscured sources and SFXTs.
Conclusion:
What has been accomplished in the understanding of high energy binary systems, what remains to be done in this field, and the important questions which need to be resolved, and which will occupy my time during the next years... This chapter is divided in three parts. In the first one, I describe questions related to the population of Galactic sources, taken as a whole, and how they can allow to better understand high energy binary systems. In the second one, I focus on the study of the formation and evolution of high energy binary systems as an object, and on phenomena occuring in these systems. In the third one, I give details on a project that I am very interested in, and which takes roots in the two previous ones: the distinction between progenitors of neutron stars and black holes.
Introduction:
Dans ce chapitre d'introduction je décris les caractéristiques générales, la formation et l'évolution des différentes familles de systèmes binaires de haute énergie, ainsi que le contexte général dans lequel s'inscrit ma recherche. Je finis par les grandes questions actuelles, et par la description de l'originalité de mes travaux de recherche.
Microquasars:
Je présente un exposé synthétique de la recherche passée, présente et future sur les microquasars et les jets, et je vais montrer que les microquasars, c'est-à-dire les sources galactiques présentant des jets, sont parmi les meilleurs laboratoires d'étude des phénomènes de haute énergie et de physique des particules. Je vais tout d'abord rappeler l'analogie avec les quasars, puis je me concentrerai sur l'un des meilleurs représentants des microquasars, probablement l'archétype: l'astre GRS 1915+105. Je présenterai les phénomènes d'accrétion et d'éjection s'y produisant, en montrant que seule une approche multi-longueur d'onde permet une meilleure compréhension des phénomènes ayant lieu au sein de ces sources. Puis, je présente les jets à différentes échelles: les jets compacts, les jets à large échelle, ainsi que les interactions entre les éjections et le milieu environnant. Je finis cet exposé en montrant que les microquasars sont de bons candidats pour être des astres émetteurs d'astroparticules: photons de très haute énergie, rayons cosmiques et neutrinos.
Sources INTEGRAL:
Un nouveau type de sources de rayons X a été découvert par l'observatoire INTEGRAL, dont la nature est révélée par des observations multi-longueurs d'onde. Parmi ces systèmes binaires de haute énergie, deux classes distinctes apparaissent. La première classe est constituée d'astres de haute énergie intrinsèquement obscurcis, dont IGR J16318-4848 semble être un représentant extrême. La seconde classe est peuplée d'astres nommés ``Transitoires rapides de rayons X à supergéante'' (``Supergiant Fast X-ray Transients'', SFXTs), dont IGR J17544-2619 semble être l'archétype. Je décris d'abord dans ce chapitre des observations en rayons X permettant une localisation précise de sources INTEGRAL, avant de présenter une étude multi-longueurs d'onde, en me focalisant sur les observations de l'optique à l'infrarouge moyen, d'un échantillon d'une vingtaine de sources INTEGRAL, incluant IGR J16318-4848 et IGR J17544-2619. Cette étude consiste tout d'abord en une astrométrie précise, une photométrie et une spectroscopie en optique et en infrarouge proche de ces objets, montrant la prédominance des systèmes binaires de grande masse contenant des supergéantes. Puis, je montre que dans le cas des sources obscurcies IGR J16318-4848, IGR J16195-4945 et IGR J16358-4726, les observations en infrarouge moyen suggèrent la présence de matériau absorbant (poussière et/ou gaz froid) entourant le système binaire dans son ensemble. Ce chapitre se termine par une discussion sur la nature des sources INTEGRAL en général, et de la distinction entre sources absorbées et SFXTs.
Conclusion:
Ce qui a été accompli dans la compréhension des systèmes binaires de haute énergie, ce qu'il reste à faire dans ce domaine, et les questions importantes qui nécessitent d'être résolues, et qui vont occuper mon temps dans les années à venir... Ce chapitre est divisé en trois parties. Dans la première, j'aborde les questions liées aux population de sources Galactiques prises en tant que tout, et comment elles peuvent permettre de mieux comprendre les systèmes binaires de haute énergie. Dans la deuxième, je me concentre sur l'étude de la formation et de l'évolution des systèmes binaires de haute énergie en tant que tels, et sur les phénomènes présents dans ces systèmes. Dans la troisième, je détaille un projet qui me tient à coeur, et qui regroupe les deux précédents: la distinction entre progéniteurs d'étoiles à neutron et de trous noirs.
Dans ce chapitre d'introduction je décris les caractéristiques générales, la formation et l'évolution des différentes familles de systèmes binaires de haute énergie, ainsi que le contexte général dans lequel s'inscrit ma recherche. Je finis par les grandes questions actuelles, et par la description de l'originalité de mes travaux de recherche.
Microquasars:
Je présente un exposé synthétique de la recherche passée, présente et future sur les microquasars et les jets, et je vais montrer que les microquasars, c'est-à-dire les sources galactiques présentant des jets, sont parmi les meilleurs laboratoires d'étude des phénomènes de haute énergie et de physique des particules. Je vais tout d'abord rappeler l'analogie avec les quasars, puis je me concentrerai sur l'un des meilleurs représentants des microquasars, probablement l'archétype: l'astre GRS 1915+105. Je présenterai les phénomènes d'accrétion et d'éjection s'y produisant, en montrant que seule une approche multi-longueur d'onde permet une meilleure compréhension des phénomènes ayant lieu au sein de ces sources. Puis, je présente les jets à différentes échelles: les jets compacts, les jets à large échelle, ainsi que les interactions entre les éjections et le milieu environnant. Je finis cet exposé en montrant que les microquasars sont de bons candidats pour être des astres émetteurs d'astroparticules: photons de très haute énergie, rayons cosmiques et neutrinos.
Sources INTEGRAL:
Un nouveau type de sources de rayons X a été découvert par l'observatoire INTEGRAL, dont la nature est révélée par des observations multi-longueurs d'onde. Parmi ces systèmes binaires de haute énergie, deux classes distinctes apparaissent. La première classe est constituée d'astres de haute énergie intrinsèquement obscurcis, dont IGR J16318-4848 semble être un représentant extrême. La seconde classe est peuplée d'astres nommés ``Transitoires rapides de rayons X à supergéante'' (``Supergiant Fast X-ray Transients'', SFXTs), dont IGR J17544-2619 semble être l'archétype. Je décris d'abord dans ce chapitre des observations en rayons X permettant une localisation précise de sources INTEGRAL, avant de présenter une étude multi-longueurs d'onde, en me focalisant sur les observations de l'optique à l'infrarouge moyen, d'un échantillon d'une vingtaine de sources INTEGRAL, incluant IGR J16318-4848 et IGR J17544-2619. Cette étude consiste tout d'abord en une astrométrie précise, une photométrie et une spectroscopie en optique et en infrarouge proche de ces objets, montrant la prédominance des systèmes binaires de grande masse contenant des supergéantes. Puis, je montre que dans le cas des sources obscurcies IGR J16318-4848, IGR J16195-4945 et IGR J16358-4726, les observations en infrarouge moyen suggèrent la présence de matériau absorbant (poussière et/ou gaz froid) entourant le système binaire dans son ensemble. Ce chapitre se termine par une discussion sur la nature des sources INTEGRAL en général, et de la distinction entre sources absorbées et SFXTs.
Conclusion:
Ce qui a été accompli dans la compréhension des systèmes binaires de haute énergie, ce qu'il reste à faire dans ce domaine, et les questions importantes qui nécessitent d'être résolues, et qui vont occuper mon temps dans les années à venir... Ce chapitre est divisé en trois parties. Dans la première, j'aborde les questions liées aux population de sources Galactiques prises en tant que tout, et comment elles peuvent permettre de mieux comprendre les systèmes binaires de haute énergie. Dans la deuxième, je me concentre sur l'étude de la formation et de l'évolution des systèmes binaires de haute énergie en tant que tels, et sur les phénomènes présents dans ces systèmes. Dans la troisième, je détaille un projet qui me tient à coeur, et qui regroupe les deux précédents: la distinction entre progéniteurs d'étoiles à neutron et de trous noirs.