Study of the origin of rapid variability in blazars

Étude de l’origine de la variabilité rapide dans les blazars Les AGN sont des cœurs compacts de galaxies appelées actives lorsqu’elles montrent des signes d’accrétion de matière sur un trou noir super massif situé dans leur centre et de développement de jets relativistes, capables d’éjecter des particules énergétiques à de grandes distances de leur centre. Leurs principales caractéristiques sont l’extrême brillance de leurs cœurs, dominant l’émission la galaxie hôte, et une émission fortement variable sur tout le spectre électromagnétique, allant des fréquences radio jusqu’aux plus hautes, parfois TeV énergies, attribuée aux processus non-thermiques se produisant dans le jet. Environ 10% d’AGN sont radio-lourd, montrant un jet puissant, et sont divisés en radio galaxies et blazars. Les blazars ont un jet relativiste qui est orienté vers l’observateur. A cause des effets relativistes, leur émission est fortement amplifiée et les temps caractéristiques de variabilité sont réduites dans le référentiel de l’observateur, où nous observons parfois de fortes variabilités de flux sur des échelles de temps aussi courts que quelques minutes seulement - événements violents appelés éruptions (flares en anglais). Ils sont les plus spectaculaires dans les plus hautes énergies.Pour étudier l’origine physique de la variabilité observée dans les blazars et AGN en général, une double approche est nécessaire : coordination de programme de surveillance multi-longueur d’onde de sources variables, avec une capacité de déclenchement rapide d’observations en réponse à différentes alertes, pour acquérir des données quasi-simultanées complètes, puis leur analyse et interprétation à l’aide de modèles de transfert radiatif. Dans cette thèse, j’essaie de résumer ma contribution à chacune de ces étapes.J’ai eu le plaisir de faire partie de la collaboration H.E.S.S., qui dirige un réseau de télescopes Cherenkov en Namibie, permettant la détection des éruptions extrêmement puissantes aux très hautes énergies des AGN. J’ai pu contribuer aux observations au sol, faire partie du groupe de sources d’opportunité, qui suit les AGN les plus variables et déclenche des suivis multi-fréquences et en particulier par HESS. La caractérisation statistique des éruptions des AGN détectées par HESS et l’étude d’un blazar extrêmement variable 3C 279, à travers ses éruptions les plus spectaculaires aux hautes et très hautes énergies constituent mes contributions majeures à deux projets menés au sein du groupe de travail sur les AGN de la collaboration HESS.Ce manuscrit commence par introduire la famille d’AGN et notre vision actuelle du scénario unifié. Il présente les différents scénarios physiques généralement évoquées pour expliquer la variabilité des blazars et AGN en général, à différentes échelles temporelles. Puis, des modèles de transfert radiatif sont présentés, qui s’appliquent à deux sous-classes de blazars. Les méthodes d’analyse de données hautes et très hautes énergies sont également détaillées, obtenues par le télescope spatial Fermi et HESS au sol, nécessaires pour contraindre les modèles radiatifs. Ils sont illustrés à travers les exemples de données des éruptions majeures de 3C 279, détectées aux hautes et très hautes énergies. La modélisation de différents états d’activité en rayonnements gamma de hautes énergies d’un échantillon de galaxies particulières Seyfert de type 1 à raies étroites (que l’on pensait être incapable de développer des jets puissants), et la caractérisation statistique des éruptions d’AGN détectés par HESS constituent le cœur central de cette thèse.Les blazars forment la population principale de sources émettrices de rayonnement gamma de hautes énergies, soupçonnés être émetteurs de neutrinos de hautes énergies et potentiellement des rayons cosmiques d’ultra-hautes énergies. Ils servent comme laboratoires naturels pour des tests de physique fondamentale. Beaucoup de questions restent ouvertes et c’est une époque motivante pour l’astronomie dépendante du temps et multi-messager.