Revealing the transient Universe : multi-wavelength perspectives on super-Eddington accretion

Révéler l'Univers transitoire : perspectives multi-longueurs d'onde sur l'accrétion super-Eddington L'une des questions ouvertes en astrophysique concerne la formation des trous noirs supermassifs (SMBHs). Ces trous noirs, dans la plage de masse 10^5-10^10 Mʘ, se trouvent au centre de la plupart des galaxies, même à des valeurs de redshift très élevées (z > 8). Aucun modèle actuel ne fait consensus pour expliquer comment ils ont atteint de telles masses si tôt dans l'histoire de l'Univers. Cela semble nécessiter soit l'existence de progéniteurs massifs sous la forme des trous noirs de masse intermédiaires dans la plage de masse 10^2-10^5 Mʘ, soit une croissance extrêmement rapide grâce à des coalescences répétées ou à une accrétion super-Eddington. Alors que la détection des coalescences de SMBHs ne sera réalisable qu'avec le futur détecteur spatial d'ondes gravitationnelles LISA, les accréteurs super-Eddington peuvent être détectés et mieux compris avec la génération actuelle d'observatoires de rayons X. Le but de ma thèse était de trouver de nouveaux exemples de ces accréteurs super-Eddington, en utilisant leur grande variabilité en rayons X. Dans cette étude, je m'intéresse principalement à quatre types rares d'accréteurs transitoires et/ou super-Eddington. Les sources X ultra-lumineuses (ULXs) sont des binaires X extrêmes, beaucoup plus lumineuses que ce qui peut être expliqué par les modèles habituels sous-Eddington. Les événements de dislocation de marée (TDEs) sont des émissions transitoires de rayonnement résultant de la destruction d'une étoile par les forces de marée autour d'un trou noir, avec des propriétés multi-longueurs d'onde non comprises. Les TDEs peuvent non seulement présenter une accrétion super-Eddington pendant plusieurs mois voire années, mais ils peuvent également révéler des IMBHs jusqu'ici invisibles. Les éruptions quasi-périodiques (QPEs) sont des émissions thermiques de rayons X répétées et inexpliquées qui semblent être liées aux TDEs. Enfin, les CL-AGNs correspondent à des noyaux actifs de galaxies (AGNs) dont la classification évolue avec le temps, ce que les modèles actuels ne peuvent expliquer. Tous ces phénomènes sont rares, transitoires et encore mal compris. Augmenter la taille de l'échantillon disponible pourrait être précieux pour contraindre les modèles et améliorer notre compréhension de ceux-ci, ainsi que de la physique de l'accrétion en général. Dans cette optique, j'utilise leur grande variabilité en rayons X comme moyen de trouver davantage d'exemples de ces transitoires rares, cachés parmi les sources fortuites d'archives. J'ai construit un catalogue d'archives en rayons X multi-instruments à partir de la plupart des plus grands catalogues de rayons X (XMM-Newton, Swift, Chandra, ROSAT et eROSITA), incluant les limites supérieures de XMM-Newton. Ce catalogue a deux utilisations. Tout d'abord, Il est possible de comparer les nouvelles détections de XMM-Newton à toutes les valeurs d'archive disponibles, ce qui permet de détecter automatiquement de nouveaux objets transitoires. C'est le pipeline STONKS, actuellement intégré au pipeline de XMM-Newton. Après des tests sur toutes les données de 2021, on s'attend à détecter 0.7(+0.7-0.5) transitoires en rayons X par jour. Des synergies peuvent être développées entre ce système de détection quasi-temps réel des transitoires en rayons X et d'autres observatoires du domaine temporel, tels que le futur observatoire Vera C. Rubin. Ensuite, d'anciens transitoires jusqu'ici ignorés peuvent être révélés dans les données d'archives. J'ai mené trois efforts ciblés de fouilles de données, ce qui a permis de détecter entre 6 et 9 nouveaux candidats TDEs en rayons X, un nouveau candidat PULX et un nouveau candidat QPE. Dans chaque cas, cela constitue un ajout non négligeable à l'échantillon préexistant, confirmant la pertinence de notre méthode.