Etude d'effets relativistes en champ gravitationnel fort : simulations d'observations du centre galactique par l'instrument GRAVITY

par Frédéric Vincent

Thèse de doctorat en Astronomie et astrophysique

Sous la direction de Guy Perrin et de Éric Gourgoulhon.


  • Résumé

    Cette thèse s'intéresse à simuler des effets de relativité générale en champ gravitationnel fort, aux abords immédiats du trou noir central de la Galaxie, Sagittarius*, afin de déterminer les données observables qu'un observateur distant serait susceptible d'obtenir. Je me suis d'abord intéressé aux performances astrométriques de l'instrument de deuxième génération du Very Large Telescope Interferometer, GRAVITY. Il s'est agi de déterminer avec quelle précision cet instrument sera capable de suivre des phénomènes dynamiques évoluant à proximité immédiate du trou noir central. J'ai ensuite été amené à développer un code de calcul de trajectoires de particules en relativité générale, GYOTO, qui permet de calculer les orbites de particules à proximité du trou noir central, ainsi que la propagation du rayonnement, comprenant les effets de transfert radiatif, jusqu'à un observateur distant. Au-delà de permettre l'intégration des trajectoires de particules aux abords d'un trou noir, GYOTO est également capable de calculer l'évolution d'une particule dans une métrique non analytique, exprimée numériquement dans le formalisme 3+1 de la relativité générale. J'ai pu alors m'intéresser à étudier la structure d'accrétion entourant le trou noir central, dans l'hypothèse où celle-ci serait un tore ionisé. Je me suis intéressé à calculer l'image de la silhouette de cette structure d'accrétion, ainsi que le spectre émis par ce tore, et j'ai pu montrer qu'une telle structure pouvait rendre compte de l'émission synchroton observée aux abords de Sagittarius A*. J'ai alors étudié un phénomène permettant de sonder le voisinage le plus immédiat du trou noir central : les sursauts de rayonnement qui affectent Sagittarius A* et qui pourraient être dus à de la matière en orbite très serrée autour de l'objet compact central. En réalisant des simulations d'observations par GRAVITY de ce phénomène, j'ai pu montrer que cet instrument permettra d'apporter des contraintes sur l'inclinaison du trou noir central.

  • Titre traduit

    Studying relativistic effects in strong gravitational fields : simulating observations at the Galactic centre with the GRAVITY instrument


  • Résumé

    This thesis aims at simulating general relativistic effects in strong gravitational fields, in the vicinity of the Galactic central black hole, Sigattiirus A*, in order to determine the observable data that a distant observer would be allowed to obtain. I was first interested in determining the astrometric performance of the second generation Very Large Telescope Interferometer instrument, GRAVITY. My aim was to determine to what precision will this instrument be able to follow dynamical phenomena evolving close to the central black hole. I then developed a general relativistic ray-tracing code, GYOTO, that allows to compute the trajectories of particles in the vinicity of a black hole, and to compute the radiative transfer of the photons towards a distant observer. Beyond this capabilities, GYOTO allows to compute the trajectories of particles in non-analytic metrics, computed numerically in the framework of 3+1 formalism of general relativity. I was then able to study the accretion structure surrounding the central black hole, assuming it is made of an ionized torus. I computed the image of the silhouette of this object, as well as its emitted spectrum. I thus shown that such an ionized torus is capable of reproducting the main observable characteristics of the synchrotron emission observed in the vinicity of Sagittatius A*. I have also studied a phenomenon that would allow to probe the vinicity of the compact object : the radiation occuring next to Sagittarius A*, that could be due to a hot spot of matter orbiting very close to the black hole. By simulating GRAVITY observations of such a phenomenon, I was able to constrain the inclination parameter of Sagittarius A*.

Autre version

Cette thèse a donné lieu à une publication en 2011 par [CCSD] [diffusion/distribution] à Villeurbanne

Etude d'effets relativistes en champ gravitationnel fort : simulations d'observations du centre galactique par l'instrument GRAVITY

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (236 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 217-236

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Observatoire de Paris (Section de Paris). Bibliothèque.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 8761

Cette version existe également sous forme de microfiche :

  • Bibliothèque : Sorbonne Université. Bibliothèque de Sorbonne Université. Section Géosciences et environnement.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 11 OBSP 0194
  • Bibliothèque : Observatoire de Paris (Section de Meudon). Bibliothèque.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : MMf-T826
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.