The impact of quasars during tne epoch of reionization

par Florian Bolgar

Thèse de doctorat en Astrophysique

Sous la direction de Benoît Semelin.

Le président du jury était Marta Volonteri.

Le jury était composé de Saleem Zaroubi, Jérémy Blaizot.

Les rapporteurs étaient Guilaine Lagache, Hy Trac.

  • Titre traduit

    L'impact des quasars pendant l'époque de réionisation


  • Résumé

    Le rôle des quasars pendant l'époque de réionisation est encore mal connu. Dans ce manuscrit j'étudie l'impact des quasars pendant la réionisation, dans quatre différentes longueurs d'ondes (radio, Ly-alpha, UV et X). J'ai développé un détecteur de halo qui fonctionne en temps réel dans LICORICE, un certain nombre d'outils associés, et nombre de routines utilisées dans la base de données 21SSD. Puis, après avoir brièvement étudié la fraction d'échappement, j'ai développé un modèle pour l'émission UV, radio et X des quasars, capable de reproduire les fonctions de luminosité sur une grande gamme de redshift, et dont je tire des prédictions sur la forêt 21-cm et le fond radio des quasars. Je présente un nouvel effet sur le signal 21-cm: un quasar radio-bruyant peut laisser l'empreinte de son cycle d'activité sur la tomographie 21-cm. J'applique cet effet à une simulation cosmologique, et conclue qu'il n'est probablement pas observable par SKA, même pour un quasar à ~10 mJy. Puis, j'étudie la contribution de l'émission UV des quasars au couplage Wouthuisen-Field. Un motif particulier autour des quasars les plus brillants d'un champ SKA, encodant la longueur de la phase d'activité, pourrait être observé dans la tomographie. Enfin, je présente un travail en cours, où j'inclus la contribution ionisante UV et X des quasars de façon cohérente, en prenant en compte les cycles d'activité.


  • Résumé

    The exact role of quasars during the Epoch of Reionization (EoR) is an open question. In this manuscript I study the impact of quasars during the EoR, in four different wavelengths (radio, Lyman-alpha, Lyman continuum and X-rays). I developed a halo finder which can be run on-the-fly in LICORICE, a number of companion tools and many of the routines used in processing the data from the 21SSD database. After briefly studying the escape fraction, I developed a model for quasar UV, radio and X-ray emission, which is able to match observed luminosity functions in a broad range of redshifts, and I make predictions about the 21-cm forest and the radio background of quasars. I then present a new effect on the 21-cm signal observed against the CMB: a radio-loud quasar can leave the imprint of its duty cycle on the 21-cm tomography. I apply this effect in a cosmological simulation and conclude that the effect is probably not observable by the SKA, even for a bright 10 mJy quasar. Then I study the contribution of the Lyman band emission of quasars to the Wouthuisen-Field coupling. A distinctive pattern around the brightest quasars in an SKA field of view may be observable in the tomography, encoding the duration of their duty cycle. Finally, I present ongoing work on including the ionizing UV and X-ray contribution of the quasars in a self-consistent way, taking duty cycles into account.


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