Systèmes binaire : formation, évolution et environnement

Les systèmes binaires accrétants sont des couples stellaires composés d'un objet compact (naine blanche, étoile à neutrons, trou noir) et d'une étoile qui s'échangent de la matière. Cette phase d'accrétion est caractérisée par l'émission de rayonnements énergétiques, et peut induire l'accélération de matière à des vitesses relativistes dans des jets, ainsi qu'une variabilité qui oscille entre sursauts et périodes de quiescence. Ces objets sont des contributeurs majeurs au rayonnement X et gamma dans l'univers, et on sait depuis 2015 qu'ils sont aussi les progéniteurs de collisions entre deux objets compacts, donnant naissance à une émission d'ondes gravitationnelles. Parce que plus de la moitié des étoiles de notre galaxie passent au moins une partie de leur vie en couple, l'étude des systèmes binaires est une des clés qui permettront de mieux comprendre l'évolution stellaire en général. On propose dans cette thèse de partir sur un questionnement général sur l'origine des systèmes binaires, leur diversité et des différents chemins évolutifs qu'ils empruntent, ainsi que sur la complexité de leur environnement local. Nos outils pour traiter ces thématiques seront principalement observationnels ; on tentera notamment d'exploiter les propriétés multi-longueur d'onde des binaires accrétantes. La première partie est une introduction qui permet d'apporter quelques bases sur l'évolution stellaire, les processus caractéristiques des systèmes binaires, et qui présente quelques aspects observationnels pratiques en rappelant les messagers et les observables qu'on peut en extraire. La 2ème partie traite d'un projet inital de recensement des binaires accrétantes connues. On corrèle des catalogues antérieurs avec le Centre de Données Astronomiques de Strasbourg pour mettre à jour certaines informations, et on tente de trouver les contreparties de binaires X de grande masse (HMXB) parmis les détections du satellite Gaia. Cette ébauche de catalogue servira dans un projet d'étude du kick natal des HMXBs et constituera une base pour y chercher les progéniteurs de couples compacts détectables par le satellite gravitationnel LISA. La 3ème partie vise à participer activement au recensement de binaires X en déterminant la nature de sources INTEGRAL (IGR). On présente une analyse de données spectrophotométriques en infrarouge proche acquises avec l'instrument VLT/ISAAC sur 14 sources IGR. Parmis celles-ci, on identifie 9 nouvelles binaires accrétantes et 5 noyaux actifs de galaxie. La 4ème partie se focalise sur un système, IGR J16318-4848, qui est une binaire supergéante obscurcie de type B[e], et qui présente un environnement complexe dont on cherche à déterminer la structure. On rend compte d'acquisitions spectroscopiques VLT/X-Shooter qui nous permettent de sonder la dynamique du vent stellaire de l'étoile supergéante, le mouvement orbital d'un disque circumbinaire de poussières ainsi que celle de sont propre vent riche en éléments lourds. En modélisant la distribution spectral d'énergie large bande jusqu'aux infrarouges lointains (Spitzer, Herschel), on détermine notamment les températures des millieux émetteurs ainsi que leur dimensions absolues. La 5ème partie porte sur l'étude d'une source transitoire, Swift J1745-26, composée d'un trou noir et d'une étoile de faible masse. Observée des X à la radio après être entrée en sursaut fin 2012, elle est détectée cinq mois plus tard pendant une phase de décroissance. Nous utilisons des données photométriques VLT/FORS2, ISAAC de l'optique à l'infrarouge ainsi que des mesures en X (Swift/BAT, XRT) afin de comparer les distributions spectrales d'énergie à deux époques différentes. On peut notamment expliquer les variations de luminosité par un changement du rayon interne du disque d'accrétion, qui s'organise autour du trou noir central. On termine ce manuscrit par un résumé des résulats obtenus ainsi qu'un bref aperçu des perspectives d'avenir dans le domaine des binaires accrétantes.