Modélisation de l'émission des noyaux actifs de galaxie à l'ère Fermi

Les noyaux actifs de galaxie (NAG) sont les objets les plus energetiques de l'univers. Cette incroyable puissance provient de l'energie gravitationnel de matiere en rotation autour d'un trou noir super-massif siegeant au centre des galaxies. Environ 10% des NAG sont pourvus de jets relativistes emanant de l'objet central (trou noir et matiere environnante) et s'etalant sur des echelles de l'ordre de la galaxie hote. Ces jets sont observes a toutes les longueurs d'ondes, de la radio aux rayons gamma les plus energetiques. En depit de nombreuses etudes et d'instruments de plus en plus precis depuis leur decouverte dans les annees 1950, les NAG sont encore tres mal compris et la formation, la composition et l'acceleration des jets sont des questions encore pleinement ouvertes. Le modele le plus repandu visant a reproduire l'emission des NAG, le modele "une zone" repose souvent sur des hypothese ad-hoc et ne parvient pas a apporter une modelisation satisfaisante.Le paradigme du "two-flow" (deux fluides) developpe a l'IPAG et base sur une idee originale de Sol et al (1989) a pour but de fournir une vision unifiee et coherente des jets de NAG. Cette theorie repose sur une l'hypothese principale que les jets seraient en fait composes de deux fluides co-axiaux: une colonne centrale composee d'un plasma purement leptonique (electrons/positrons) se deplacant a des vitesses relativistes et responsable pour la grande partie de l'emission non thermique observee entouree par une enveloppe composee d'un plasma baryonique (electrons/protons), regie pas la magneto-hydrodynamique, se deplacant a des vitesses sous-relativistes mais transportant la majorite de l'energie. Cette hypothese est basee sur des indices observationnels ainsi que sur des arguments theoriques et permet d'expliquer nombre des caracteristiques des NAG.Afin d'etudier plus en profondeur le paradigme du two-flow, un modele numerique base sur ses concepts et produisants des observables comparables aux observations est necessaire.Durant ma these, j'ai participe au developpement de ce modele, m'interessant notamment a la diffusion Compton inverse de photons provenant de l'exterieur du jet. Ce processus, primordial dans la modelisation des NAG, est aussi central dans le paradigme du two-flow car il est a l'origine de l'acceleration de la colonne via l'effet fusee Compton. Pour cela, j'ai du developper des nouvelles approximations analytiques de la diffusion Compton d'une distribution thermique de photons.En m'interessant a l'effet fusee Compton, j'ai pu montre que dans le champ de photon thermique d'un NAG, le facteur de Lorentz d'ensemble du plasma pouvait etre sujet a des variations le long du jet en fonction de la distance a l'objet central. Ces variations peuvent avoir un effet important sur l'emission observee et peuvent induire de la variabilite spatiale et temporelle. J'ai egalement montre que les facteurs de Lorentz terminaux obtenus etaient compatibles avec les conditions physiques attendus dans les jets et avec les observations.Le modele complet produit des DES directement comparables aux observations. Neanmoins, le modele est par nature erratique et il est quasiment impossible de relier directement les parametres du modeles avec les DES produites. Malheureusement, les procedures standards d'adaptation automatique aux donnees (e.g. base sur les methodes de gradient) ne sont pas adaptees au modele a cause de son grand nombre de parametres, de sa non-linearite et du temps de calcul important. Afin de palier a ce probleme, j'ai developpe une procedure d'adaptation automatique basee sur les algorithmes genetiques. L'utilisation de cet outil a permis la reproduction de plusieurs DES par le modele. J'ai egalement montre que le modele etait capable de reproduire les DES observees avec des facteurs de Lorentz d'ensemble relativement bas, ce qui pourrait potentiellement apporter une harmonisation entre les observations et les necessites theoriques.