Dynamics of supermassive black holes in galaxy mergers and study of interaction with their environment

• Auteur / Autrice : Raphael Sadoun
• Direction : Roya Mohayaee
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Étoiles -- Amas globulaires

Galaxies -- Évolution

Trous noirs (astronomie)

Résumé

La formation et l'évolution des trous noirs supermassifs, situés au centre de la plupart des galaxies, sont encore mal connues. Cette thèse est consacrée à l'étude de deux principaux aspects de la physique des trous noirs supermassifs. En utilisant des techniques de simulations numériques, j'ai étudié dans un premier temps la dynamique des trous noirs supermassifs dans deux différents modèles de fusions de galaxies expliquant l'origine du courant sud géant, un courant étendu d'étoiles observé récemment dans les parties extérieures de la galaxie d'Andromède (M31). En considérant un modèle plus réaliste que ce qui avait été proposé jusqu'à présent, je prédis la position du trou noir du progéniteur dans le premier scénario correspondant à une fusion entre M31 et une galaxie satellite. J'étudie également la trajectoire du satellite et montre qu'il a du avoir une histoire orbitale complexe. Dans le deuxième scénario, je démontre la possibilité qu'une fusion majeure entre deux galaxies riches en gaz puisse être à l'origine du courant stellaire géant et de la structure centrale de M31 constituée d'un double noyau. La deuxième partie de la thèse est consacrée à l'étude du lien entre trous noirs supermassifs et amas globulaires. En compilant des mesures disponibles, je montre l'existence d'une correlation serrée entre la masse des trous noirs et la dispersion de vitesse des systèmes d'amas globulaires. J'étudie également les interactions entre trous noirs et amas et trouve qu'elles peuvent altérées significativement l'orbite d'un système binaire de trous noirs massifs.

The formation and evolution of supermassive black holes, compact objects weighting up to billion solar masses and residing in the center of most galaxies, is still poorly understood. This thesis is devoted to the study of two main aspects of supermassive black hole physics. Using state-of-art numerical simulations, I have investigated in a first part the dynamics of supermassive black holes in two different models of galaxy mergers explaining the formation of the Giant Southern Stream, an extended stream of stars recently observed in the outskirts of the Andromeda galaxy (M31). By considering a more realistic model than what was proposed so far, I make a robust prediction for the projected position of the massive black hole progenitor in the first scenario corresponding to a minor merger between M31 and a satellite galaxy. I also study the trajectory of the satellite and show that it must have had a complex orbital history prior to the formation of the stream. In the second scenario, I demonstrate the possibility that a major merger between two-gas rich galaxies can lead simultaneously to the formation of the stream and the peculiar centralregion of M31 constituted of a double nucleus. The second part of the thesis is devoted to the connection between supermassive black holes and globular clusters. By compiling available measurements, I find evidence for a tight correlation between massive black hole mass and velocity dispersion of globular cluster systems. I also study interactions between star clusters and massive black holes and show that they can significantly alter the orbital evolution of a massive binary black hole system.