Accretion processes of radio galaxies at high energies / Sandra de Jong ; Volker Beckmann

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : anglais / English

Galaxies actives

Accrétion (astrophysique)

Rayons X

Rayons gamma

Trous noirs (astronomie)

Beckmann, Volker (19..-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Combes, Françoise (1952-.... ; astrophysicienne) (Président du jury de soutenance / praeses)

Kaastra, Jelle Sjerp (1957-) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Henri, Gilles (19..-.... ; astrophysicien) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Courvoisier, Thierry J.-L. (1953-....) (Membre du jury / opponent)

Chaty, Sylvain (1971-....) (Membre du jury / opponent)

Observatoire de Paris (1667-....) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Relation : Accretion processes of radio galaxies at high energies / Sandra de Jong ; Volker Beckmann / Lille : Atelier national de reproduction des thèses , 2014

Relation : Accretion processes of radio galaxies at high energies / Sandra de Jong ; Volker Beckmann / Paris : Observatoire de Paris , 2019

Résumé / Abstract : Cette thèse présente une étude des rayons gamma radio galaxies lumineuses. En analysant les données des rayons X et gamma en plus de créer des distributions spectrales d'énergie à large bande (SED), nous avons étudié deux exemples de cette nouvelle catégorie de sources. Pour la source FR-II 3C 111, nous avons analysé les données de Suzaku / XIS PIN et INTEGRAL IBIS / ISGRI pour créer un spectre de rayons X. Nous avons également utilisé un spectre Swift / BAT à partir du survey de 58 mois. Le spectre entre 3,4 à 200 keV de la source montre les signatures thermiques, comme des galaxies de Seyfert, par exemple une ligne K - α fer, et les caractéristiques des jets, que sont non - thermiques. Nous avons également analysé les données de rayons gamma Fermi / LAT. Les données de rayons X et de rayons gamma sont combinées avec des observations historique en radio, infrarouge et optique pour construire le SED, qui peuvent être bien représentées par un modèle de jet non thermique. La luminosité bolométrique de 3C 111 est assez faible, et le modèle SED montre plutôt un type BL Lac, et pas de la FSRQ prévu. Après, nous avons étudié la radio galaxie de type FR-1 M87. Cette source a été détectée en rayons gamma et dans la bande TeV, mais jusqu'à présent, pas dans les rayons X > 10 KeV. La première partie de notre analyse s'est concentrée sur la création d'une limite supérieure à l'émission des rayons X durs de cette source, en utilisant les observations de INTEGRAL IBIS / ISGRI. En plus de la méthode standard, nous avons utilisé plusieurs techniques dans le processus d'analyse, comme sélection des données et le traitement des shadowgrams, afin de réduire le niveau du bruit du résultat. Utilisation de 5.1 Ms de données ISGRI nous avons déterminé une limite supérieure 3 σ à la moyenne de 20 à 60 keV flux de f<3x10⁻¹² erg cm⁻² S⁻¹. Nous avons également analysé les observations de Suzaku / PIN, où nous avons détecté M87 pour la première fois dans la bande de rayons X > 10 keV, avec un flux de f=1.3⁺⁰‧¹ ₋₀.₂ X 10⁻¹¹ erg cm⁻² S⁻¹ entre 20 et 60 keV. Cette détection indique un état éruptif, puisque le flux est nettement plus élevé que la limité supérieure de la moyenne dérivée. Nous avons également analysé les données Fermi / LAT et combiné cela avec les limites supérieures des rayons X et de la radio hsitorique, observations dans l'infrarouge et optique pour construire un SED. Le SED peut être modélisé comme une source BL Lac, qui est attendu depuis M87, type FR-1. Nous avons ensuite également examiné les aspects généraux de rayons gamma radio galaxies lumineuses. La plupart de ces objets sont de type FR-1 et le noyau d'au moins un FR-II, 3C 111, est plutôt BL Lac et pas de la FSRQ prévu. Pour les autres sources FR-II, cela pourrait aussi être le cas. L'émission de rayons gamma provient du jet, même dans le cas de blazars. En raison du grand angle de jet, l'émission n'est pas respectée. Cependant, depuis l'émission de rayons gamma source du trou noir, soit réflexion ou un grand angle d'ouverture peuvent expliquer les observations. J'ai aussi participé à l'étude d'un possible halo de matière noire observé avec Fermi / LAT dans le voisinage de l'amas de la Vierge. Nos travaux ont montré qu'une population de sources ponctuelles contribue à cette émission. Dans cette thèse, le résultat d'émission étendue et la recherche de contre-parties possibles de nouvelles sources sont présentés. Enfin la détection de deux nouvelles sources de rayons X à l'aide de Swift est signalé ici pour la première fois. Ces sources, le BL Lac objet BZB J1552 0850 et la galaxie de Seyfert LSBC F727 - V01, sont tous deux situés dans le cercle d'erreur de 95% de la source Fermi / LAT 2FGL J1551.9 0855. Nous avons analysé les données de rayons X de la XRT et les données du UVOT. La contrepartie probable de la source Fermi est plutôt le blazer BZB J1552 0850, depuis les galaxies de Seyfert sont rarement émetteurs de rayons gamma. Pour comprendre les rayons gamma radio galaxies lumineuses, les observations de rayons X peuvent être utilisées pour caractériser ces sources. En utilisant par exemple la nouvelle génération d'instruments, tels que NuSTAR et ASTRO-H, cela aidera à leur résolution supérieure à distinguer entre l'émission thermique et non thermique dans le spectre des rayons X. En outre, en construisant SED à partir d'observations multi-longueur d'onde simultanées aidera à limiter l'émission à large bande.

Résumé / Abstract : This thesis presents a study of gamma-bright radio galaxies. By analysing X-ray and gamma-ray data in addition to creating broad-band spectral energy distributions (SEDs), we studied two examples of this new class sources. For the FR-II source 3C 111 we analysed Suzaku/XIS and PIN and INTEGRAL IBIS/ISGRI observations to create a X-ray spectrum. We also used a Swift/BAT spectrum from the 58-month survey. The 0.4--200 keV spectrum of the source shows both thermal, Seyfert-like signatures such as an iron K-α line, and non-thermal jet features. We also analysed gamma-ray data from Fermi/LAT. The gamma-ray and X-ray data are combined with historical radio, infrared and optical to build the SED, which can well represented with a non-thermal jet model. The bolometric luminosity of 3C 111 is rather low, and the SED model shows rather BL Lac type than the expected FSRQ. The next source we studied is the nearby FR-I M87. This source has been detected in gamma-rays and in the TeV band, but so far not in the hard X-rays (>10 keV). The first part of our analysis was focussed on setting and upper limit to the hard X-ray emission of this source, using INTEGRAL IBIS/ISGRI observations. In addition to the standard method we applied several techniques in the analysis process, such as pointing selection and shadowgram treatment, in order to decrease the noise level of the result. Using 5.1 Ms of ISGRI data we determined a 3 σ upper limit to average 20--60 keV flux of f<3x10⁻¹² erg cm⁻² S⁻¹. We have also analysed Suzaku/PIN observations, where we detected M87 for the first time in the hard X-ray band, with a flux of f=1.3⁺⁰‧¹ ₋₀.₂ X 10⁻¹¹ erg cm⁻² S⁻¹ between 20 and 60 keV. This detection indicates a flare, since the flux is significantly higher than the derived average upper limit. We also analysed Dermi/LAT data and combined this with the X-ray upper limits and historical radio, infrared and optical observations to build a SED. The SED can be modelled as a BL Lac source, which is expected since M87 is a FR-I type. We then also examined the general aspects of gamma-ray bright radio galaxies. Most of these objects are the FR-I type, and the core of the least one FR-II, 3C 111, is rather BL Lac-like than the expected FSRQ. For the other FR-II sources this might also be the case. The gamma-ray emission originates from the jet, similar as in the case of blazars. Due to the large jet angle, the emission is not observed to be boosted. However, since the gamma-ray emission originates near the black hole, either reflection or a large opening angle can explain the observations. In addition, I contributed to the study of a possible dark matter halo observed with Fermi/LAT in the vicinity of the Virgo cluster. Our work shown that a population of point sources contributes to this emission. In this thesis, the result of an extended emission analysis and the search for possible counter parts of new sources are presented. Finally, the detection of two new X-ray sources using Swift is reported here for the first time. These sources the BL Lac object BZB J1552+0850 and the Seyfert galaxy LSBC F727--V01, are both located within the 95% error circle of the Dermi/LAT source 2FGL J1551.9+08.55. We analysed the X-ray data from the XRT and data from the UVOT. The likely counterpart of the Fermi source is rather the blazer BZB J1552+0850, since Seyfert galaxies are rarely gamma-ray emitters. To understand the gamma-ray bright radio galaxies, X-ray observations can be used to can characterise these sources. Using for example the new generations of instruments, such as NuSTAR and ASTRO-H, will help with their superior resolution to distinguish between thermal and non-thermal emission ray spectrum. Additionally, by building SEDs from simulteneous multi-wavelenght observations will help constrain the broad-band emission. This will also help to pinpoint the counter part of Fermi/LAT detected sources, which is not trivial due to the large error position.