Measuring black hole masses in active galactic nuclei using the polarization of broad emission lines

par Đorđe Savić

Thèse de doctorat en Astrophysique

Soutenue le 11-12-2019

à Strasbourg en cotutelle avec l'Univerzitet u Beogradu , dans le cadre de École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....) , en partenariat avec Observatoire astronomique de Strasbourg (laboratoire) .

Le président du jury était Catherine Boisson.

Le jury était composé de Marko Stalevski.

Les rapporteurs étaient Dragana Ilić, Damien Gratadour.

  • Titre traduit

    Détermination de la masse du trou noir central dans les noyaux actifs de galaxies par l’utilisation de la polarisation des raies larges


  • Résumé

    Les trous noirs supermassifs (SMBH) se trouvent au coeur de presque toutes les galaxies massives dans l’Univers. La plupart sont en sommeil, mais lorsqu’il y a assez de gaz à proximité, ils entrent dans une phase active et forment ce qu’on appelle un noyau actif de galaxie (AGN). Ils ont alors un effet profond sur l'évolution de la galaxie hôte et jouent un rôle important sur leur environnement. La mesure fiable de la masse des SMBH est donc une tâche importante dans l'astronomie moderne. À cette fin, Afanasiev et Popovic (2015) ont récemment proposé une méthode qui utilise la rotation de l'angle de position du plan de polarisation sur le profil en fréquence des raies d'émission larges afin de tracer le mouvement Keplerien et de déterminer la masse du SMBH. Le but de la thèse est d'explorer théoriquement les possibilités de cette méthode. Pour ce faire, nous avons dans une première partie effectué de nombreuses simulations de transfert radiatif pour la modélisation de la diffusion équatoriale dans AGN à l'aide du code STOKES. Nous avons inclus les mouvements complexes présents dans le système sous forme d’accrétion et d’éjection, et nous avons également comparé nos résultats aux observations. Notre travail est important car nous avons démontré dans quelles circonstances cette méthode peut être utilisée pour mesurer la masse du trou noir de manière indépendante. La deuxième partie de ce travail consiste à prédire la polarisation des raies larges au cas où les AGN seraient alimentés par des trous noirs binaires supermassifs (SMBBH). Nous avons traité quatre cas différents avec des binaires de trous noirs séparés de moins d’un parsec, et modélisé à nouveau la diffusion équatoriale. Nous avons obtenu une signature de polarisation unique sur les raies larges. Nous avons montré que la spectropolarimétrie pouvait constituer un outil puissant et une première étape pour la recherche de SMBBH dans les futurs levés spectropolarimétriques systématiques.


  • Résumé

    Supermassive black holes (SMBHs) reside in the heart of nearly every massive galaxy in the Universe. Most of them lie dormant, but when the nearby gas is abundant, it will enter an active phase and form an active galactic nucleus (AGN). When in their active phase, SMBHs have a profound effect on the host galaxy evolution and play an important role in shaping their environment. Reliable SMBH mass measuring is therefore an important task in modern astronomy. For that purpose, a method has been recently proposed by Afanasiev & Popovic (2015) that uses the rotation of the polarization plane position angle across the broad emission line profile in order to trace the Keplerian motion and determine the SMBH mass. The goal of the thesis is to theoretically explore the possibilities of this method. In order to do that, we performed numerous radiative transfer simulations for modeling equatorial scattering in AGNs using the code STOKES. We included complex motions present in the system in the form of inflows and outflows, and we also compared our results with observations. We have demonstrated under which circumstances this method can be used to measure the SMBH mass in a new independent way. The second part of this work involves predicting the broad lines polarization when AGNs are powered by supermassive binary black holes (SMBBHs). We treated four different cases with sub-pc SMBBHs, and again modeled equatorial scattering. We obtained a unique polarization signature across the broad lines. We have shown that spectropolarimetry could be a powerful tool and a first step for searching SMBBHs in the future systematic spectropolarimetric surveys.


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