Interférométrie différentielle de la région à raies larges (BLR) des quasars : région centrale des quasars en combinant interférométrie optique et cartographie des échos lumineux

par Suvendu Rakshit

Thèse de doctorat en Astrophysique relativiste

Sous la direction de Romain Petrov.

Soutenue le 17-07-2015

à Nice , dans le cadre de École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice) , en partenariat avec Laboratoire Joseph-Louis Lagrange (Nice, Alpes-Maritimes) (laboratoire) et de Joseph Louis LAGRANGE (laboratoire) .

Le président du jury était Éric Slezak.

Le jury était composé de Romain Petrov, Éric Slezak, Walter Jaffe, Gerd Weigelt, Patrick Petitjean.

Les rapporteurs étaient Walter Jaffe, Gerd Weigelt.


  • Résumé

    La BLR (broad line region) d’un noyau galactique actif (AGN) transporte la matière du tore de poussière vers le disqued’accrétion autour d’un trou noir super massif. Il faut connaître sa géométrie pour comprendre la formation et la croissancedu trou noir, comme ses relations avec la luminosité du noyau. L’échographie lumineuse ou « reverberation mapping » permetd’estimer le rayon équivalent de la BLR ainsi que la masse du trou noir et donne des lois masse-luminosité et rayon-luminositédont la précision, limitée par les inconnues géométriques, reste insuffisante pour des applications cosmologiques.L’interférométrie optique avec le VLTI donne des mesures indépendantes de cette masse et de ces paramètres géométriqueset mesure un rayon angulaire équivalent, ce qui donne une mesure directe de distance. Nous avons développé un modèle 3Dde BLR et une méthode Bayésienne d’ajustement des paramètres qui nous ont permis de montrer que la combinaison del’échographie et de l’interférométrie donnera des mesures de masse et de distance à mieux que 15% près à un milliard deparsec. Nous appliquons ces outils aux toutes premières observations avec l’instrument AMBER de la BLR du quasar 3C273et nous montrons et expliquons qu’elle est bien plus grande que prédit par échographie et s’étend au delà du bord interne dutore de poussière, avec une géométrie quasi sphérique. Ces résultats sont extrapolés à la nouvelle génération d’instrument duVLTI pour montrer que cet interféromètre permettra de calibrer les méthodes échographiques pour transformer les quasarsen sondes cosmologiques majeures.

  • Titre traduit

    Differential interferometry of the Broad Line Region of quasars : innermost structure of quasars using optical interferometry and reverberation mapping


  • Résumé

    The broad line region (BLR) of Active Galactic Nuclei (AGN) contains the high velocity gas clouds transporting materialfrom the dust torus to the accretion disk around the central super massive black hole (SMBH). Unveiling BLR structure iscritical to understand the accretion mechanism driving the SMBH evolution and shaping the AGN inflows, outflows and jets.Reverberation Mapping (RM) constrains the BLR geometry, kinematic, mass and equivalent linear size with parameterdegeneracies and fudge factors depending from the source geometry. Optical Interferometry (OI) yields independentconstrains on BLR structure, mass and equivalent angular size. We developed a 3D geometrical model of BLRs to estimateboth RM and OI measures and to show that the combination of these two techniques will very substantially reduce theuncertainty of mass estimates and yield direct distance measurement from “quasar parallax”. We used this model and a MonteCarlo Markov Chain Bayesian parameter fit of simulated data to show that quasar parallax can measure distances withaccuracy better than 15%. We used it on actual data to interpret and explain our first OI observations of the BLR of thebright quasar 3C273 found to have a BLR of about 1750±35 light days (ld) much larger than predicted by RM (450±120 ld)and larger than the inner rim of the dust torus of about 800±270 ld, yielding a SMBH mass of 5±1 108 solar masses. Ourmodel and SNR computations show that the VLTI incoming instruments can observe about 60 BLRs covering more than 4decades of luminosity, enough to try a grand unification of BLRs models and a calibration of RM making QSOs majorcosmological probes.

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