Simulation of relativistic jets in high-mass microquasars

Simulation de jets relativistes dans les microquasars à haute masse Les microquasars, sources de haute énergie composées d'un trou noir en accrétion et d'un compagnon stellaire, sont des objets astrophysiques complexes où divers phénomènes physiques entrent en jeu. Le nom microquasar trouve son origine dans les similitudes trouvées avec les quasars, un terme désuet désignant un sous-ensemble de noyaux actifs de galaxie, caractérisés notamment par la présence d'un jet relativiste visible en radio. La perte d'énergie liée à ces radiations, ainsi que d'autres processus plasma, n'est pas prise en compte lors de la simulation des jets relativistes. De plus, les études des jets de microquasars sont réalisées soit avec un écoulement relativiste sur de petites échelles (~ une séparation orbitale), soit avec un écoulement newtonien sur de grandes échelles (dizaines de séparations orbitales), mais pas relativiste sur de grandes échelles. Cette thèse de doctorat vise donc à répondre à ces deux considérations.Pour cela, j'ai développé des formules analytiques pour le refroidissement d'un plasma astrophysique, ainsi que des outils numériques visant à analyser et quantifier précisément des jets hydrodynamiques relativistes simulés. Ces outils ont ensuite été utilisés pour étudier l'impact de l'inclusion du refroidissement susmentionné dans les simulations numériques de jets hydrodynamiques relativistes sur une grande échelle spatiale et temporelle. Cette étude a été réalisée avec des configurations numériques basées sur les microquasars Cygnus X-1 et Cygnus X-3, qui ont été (provisoirement) reproduites pour cette thèse.Cette thèse a révélé que l'ajout de pertes radiatives induit un refroidissement différentiel entre le faisceau du jet et le cocon environnant. Ce refroidissement différentiel renforce la surpression de ce dernier sur le premier, ce qui modifie la structure interne du jet, accélérant la croissance de l'instabilité de Kelvin-Helmholtz, déstabilisant le jet et impactant ainsi sa structure globale et sa dynamique.Une étude paramétrique autour des paramètres choisis pour Cygnus X-1 et Cygnus X-3 a également été réalisée. Les résultats des études précédentes, tels que la flexion du jet et la perturbation du jet par le vent stellaire, sont confirmés, et l'impact de la température du jet sur sa stabilité et sa dynamique a été étudié. Un effet de seuil a été constaté : lorsque la température injectée est supérieure à la température à laquelle le premier choc de recollimation chaufferait la matière injectée de cette densité et de cette vitesse, la croissance de l'instabilité entraîne des propriétés dynamiques du jet sensiblement différentes.