Le 5/12/03 JJC 2003, La Roche-en-Ardenne, Belgique 1/14 Etude de trous noirs stellaires accrétants avec le satellite INTEGRAL Marion Cadolle Bel DEA Astrophysique.

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1 le 5/12/03 JJC 2003, La Roche-en-Ardenne, Belgique 1/14 Etude de trous noirs stellaires accrétants avec le satellite INTEGRAL Marion Cadolle Bel DEA Astrophysique et Méthodes Associées Thèse 1 ère année, Service dAstrophysique, CEA Saclay, France

2 le 5/12/03 Etude de trous noirs stellaires avec INTEGRAL 2/14 Formation dobjets compacts (OC) « Vie » dune étoile = lutte permanente gravité / pression radiative « Vie » dune étoile = lutte permanente gravité / pression radiative « Mort » par effondrement gravitationnel (supernovae=SN) « Mort » par effondrement gravitationnel (supernovae=SN) 10 46 J libérés = rayonnement EM dune galaxie entière pendant 30 ans ! Définition de la compacité : Ξ ~ E Grav / Mc 2 Définition de la compacité : Ξ ~ E Grav / Mc 2 Naine blanche (NB) 10 -4 Ξ 10 -3 (e - dégénérés) Etoile à neutrons (EN) Ξ ~ 2 10 -1 (I F entre neutrons) Trou noir (TN) Ξ ~ 1 (rien ne soppose) v libération > c, le + compact Aucun rayonnement émis par TN… domaines X et gamma à expliquer…(environnement ?)

3 le 5/12/03 Etude de trous noirs stellaires avec INTEGRAL 3/14 Définition dun trou noir Région causalement déconnectée de lUnivers Région causalement déconnectée de lUnivers Horizon à R S = 2GM/c 2 2 types authentifiés 2 types authentifiés - stellaire (entre 3 et 20 M ) : reste d étoile massive (SN type II) - massif (entre 10 5 et 10 9 M ) : noyaux de galaxies 2 cas incertains 2 cas incertains - galaxies ultra lumineuses (masse intermédiaire) - « mini » trous noirs primordiaux

4 le 5/12/03 Etude de trous noirs stellaires avec INTEGRAL 4/14 Système binaire X Système : OC (EN, TN) + étoile compagnon Fonction de masse : limite inférieure de M > 200 dans la Voie Lactée TN (masse stellaire) : ~3 108, 1000 MSgrA*! Intérêts astrophysiques variés 2 classes -HMXB (compagnon massif, O ou B) : Cygnus X-1 -LMXB (compagnon de faible masse) : XTE 1720, H 1743 1/3 non persistants = TRANSIENTS Étude de systèmes binaires à TN : plusieurs états spectraux à comprendre et à modéliser (de 0,1 keV au MeV)

5 le 5/12/03 Etude de trous noirs stellaires avec INTEGRAL 5/14 Laccrétion dans les systèmes binaires Chute gravitationnelle énergie cinétique acquise Chute gravitationnelle énergie cinétique acquise transformée en chaleur puis en rayonnement E cin = Ξ mc 2 L acc TN : dégage jusquà 42 % de lénergie de masse de matière TN : dégage jusquà 42 % de lénergie de masse de matièreaccrétée Luminosité d Eddington (Thompson sur e - ) Luminosité d Eddington (Thompson sur e - ) en égalisant P rad et gravitation

6 le 5/12/03 Etude de trous noirs stellaires avec INTEGRAL 6/14 Formation d un disque ? Accrétion directe radiale possible Accrétion directe radiale possible Chauffage par accrétion de matière en mouvement Chauffage par accrétion de matière en mouvement efficacité maximale si spirale Modèle standard disque visqueux Modèle standard disque visqueux -chauffé par diffusions coulombiennes des p +, ions sur e - -refroidi par (Bremsstrahlung) comptonisation viscosité : ½ L acc dissipée

7 le 5/12/03 Etude de trous noirs stellaires avec INTEGRAL 7/14 Image de la région du Cygne avec IBIS EXO2030 Cygnus X-3 Cygnus X-1

8 le 5/12/03 Etude de trous noirs stellaires avec INTEGRAL 8/14 Cygnus X-1, prototype HMXB Emission X brillante persistante 1964 Emission X brillante persistante 1964 1 er TN reconnu en 1972 1 er TN reconnu en 1972 période + inclinaison connus Binaire X de grande masse à 2,4 kpc Binaire X de grande masse à 2,4 kpc période orbitale 5,6 j accrétion par vents Trou noir de 10 M et supergéante bleue (type O9.7 I) de 18 M Trou noir de 10 M et supergéante bleue (type O9.7 I) de 18 M Comportement spectro-temporel complexe (variabilité rapide X, spectre dur au-delà de 100 keV) Comportement spectro-temporel complexe (variabilité rapide X, spectre dur au-delà de 100 keV) Orbite 18

9 le 5/12/03 Etude de trous noirs stellaires avec INTEGRAL 9/14 Spectres de Cygnus X-1 Loi de puissance α = 2,03 ± 0,20 χ 2 réd = 1,99 (ndl=23) Modèle ST kT e- = 46,34 ± 4,39 keV τ = 2,77 ± 0,27 χ 2 réd = 0,20 (ndl=23)

10 le 5/12/03 Etude de trous noirs stellaires avec INTEGRAL 10/14 Image du centre galactique avec IBIS H 1743-322 XTE 1720-318

11 le 5/12/03 Etude de trous noirs stellaires avec INTEGRAL 11/14 Deux sources intéressantes XTE 1720 découverte en janvier 2003 observée par INTEGRAL radio et IR H 1743 identifiée depuis mars par INTEGRAL comme source de 1978 radio

12 le 5/12/03 Etude de trous noirs stellaires avec INTEGRAL 12/14 Spectres de ces sources transitoires ou novae X XTE 1720 H 1743 …Interprétation physique de ce modèle ST ?

13 le 5/12/03 Etude de trous noirs stellaires avec INTEGRAL 13/14 Schématisation des zones émissives E kT in I kT e- Disque d accrétion Couronne chaude à kT e- Terre R in RSRS T in i T R -3/4

14 le 5/12/03 Etude de trous noirs stellaires avec INTEGRAL 14/14 Objectifs de ma thèse Analyser les changements détats des sources observées Analyser les changements détats des sources observées -TN persistants -Novae X : processus dinstabilités responsables ? Confirmer et/ou infirmer les modèles existants + améliorations contribution à haute énergie Confirmer et/ou infirmer les modèles existants + améliorations contribution à haute énergie Combiner les résultats dINTEGRAL (3 keV à 10 MeV) avec observations multi-longueurs donde Combiner les résultats dINTEGRAL (3 keV à 10 MeV) avec observations multi-longueurs donde accès à différentes zones de laccrétion et au compagnon si possible accès à différentes zones de laccrétion et au compagnon si possible Raie d annihilation à 511 keV Raie d annihilation à 511 keV Analyse temporelle rapide à développer (QPOs) Analyse temporelle rapide à développer (QPOs)