Echos X dans la zone moléculaire centrale. Une histoire de l'activité du trou noir galactique au cours du dernier millénaire

X-ray echoes in the central molecular zone. A History of the Galactic black hole activity over the past thousand years

• Auteur / Autrice : Dimitri Chuard
• Direction : Régis Terrier, Andrea Goldwurm
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de l'Univers
• Date : Soutenance le 22/11/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AstroParticule et Cosmologie (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Antoine Kouchner
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Régis Terrier, Andrea Goldwurm, Guillaume Dubus, Massimo Cappi, Thibaut Paumard, Hélène Sol
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guillaume Dubus, Massimo Cappi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayons X

Monte-Carlo, Méthode de

Centre galactique

Accrétion (astrophysique)

Spectroscopie des rayons X

Rayons X

Astronomie des rayons X

Mots clés libres

Astronomie X

Rayons X

Fluorescence X

Trou noir supermassif

Accrétion

Centre galactique

Zone moléculaire centrale

Écho de lumière

Simulation Monte-Carlo

Sagittarius C

X-ray astronomy

X-rays

X-ray fluorescence

Supermassive black hole

Accretion

Galactic centre

Central Molecular Zone

Light echo

Monte Carlo simulation

Sagittarius C

Résumé

Comme la plupart des galaxies massives, la Voie lactée héberge en son centre un trou noir supermassif. Contrairement aux noyaux actifs, celui-ci brille par la faiblesse de sa contrepartie radiative, la source Sgr A?, dont la luminosité est inférieure de près de neuf ordres de grandeur à la luminosité limite d’Eddington. Plusieurs traces indirectes suggèrent cependant que le trou noir galactique a connu des épisodes d’activité plus intense dans le passé. La réflexion des rayons X émis lors des plus récents de ces épisodes est notamment observée aujourd’hui sur les nuages de la zone moléculaire centrale. À partir de l’observation de ces échos de lumière, cette étude offre une vision unique de l’activité du noyau galactique au cours du dernier millénaire. Elle confirme en particulier que l’émission non thermique diffuse du complexe moléculaire Sagittarius C, étudiée avec les satellites Chandra et XMM-Newton, résulte bien du phénomène de réflexion. La localisation individuelle des structures brillantes est rendue possible par l’utilisation de modèles spectraux Monte-Carlo, dont le modèle rayflX développé spécifiquement pour rendre compte du phénomène de réflexion et, notamment, de ses aspects temporels. À partir des spectres de huit nuages issus des quatre principaux complexes moléculaires des régions centrales de la Galaxie, ce travail fournit la première preuve quantitative avec un haut niveau de confiance de l’existence de deux sursauts d’activité de Sgr A?se propageant dans la zone moléculaire centrale, dont l’âge, la durée et la luminosité peuvent être déterminés. Ces résultats fournissent de nouvelles contraintes pour l’étude du cycle d’activité de Sgr A? et ouvrent la voie à une caractérisation par tomographie de la distribution de matière au centre de notre galaxie.

Like most massive galaxies, the Milky Way hosts a supermassive black hole at its centre. In contrast with active galaxies, the luminosity of its radiative counterpart — the source Sagittarius A* — is almost nine orders of magnitude below the Eddington limit. However, there are several indications that the black hole may have been more active in the past. In particular, the giant clouds located within the central molecular zone reflect X-rays emitted during the most recent outbursts. The study we present here focuses on these light echoes that are key to probing the past activity of the Galactic nucleus over the past thousand years. Using the X-ray observatories Chandra and XMM-Newton, we confirm the reflection origin of the non-thermal, diffuse emission from the molecular complex Sagittarius C. The localisation of each bright clump is made possible by the use of Monte Carlo-simulated reflection spectra, notably the rayflX model we specifically designed for the study of the reflection phenomenon and its time behaviour. Considering eight clouds from the main molecular complexes of the Galactic central regions, this work provides with a high confidence level the first quantitative evidence that Sgr A* experienced two powerful outbursts, whose age, duration and luminosity can be estimated. These results place new constraints on the black hole duty cycle and pave the way for a tomographic reconstruction of the matter distribution at the Galactic centre.