Titre de la thèse
Contraintes sur la nature des objets compacts à partir des observables interférométriques des trous noirs.
Composition du jury
- Marie-Christine ANGONIN (Professeure des universités, LTE) : Présidente
- Eugeny BABICHEV (Directeur de recherche, IJCLab) : Rapporteur
- Julien MALZAC (Directeur de recherche, IRAP) : Rapportrice
- Delilah GATES (Chercheuse postdoctorale, CfA) : Examinatrice
- Frédéric VINCENT (Chargé de Recherche, LIRA) : Directeur de thèse
- Cédric DEFFAYET (Directeur de Recherche, LPENS) : Co-encadrant de these
- Aaron HELD (Chargé de Recherche, LUX) : Invité
Résumé
Les avancées récentes dans les observations électromagnétiques des trous noirs supermassifs (TNSMs) ont révolutionné notre capacité à sonder la relativité générale (RG) dans le régime de champ fort, où elle reste encore peu testée. Deux installations sont au cœur de ces études : l’instrument GRAVITY du Very Large Telescope Interferometer, qui surveille le mouvement astrométrique de la matière à proximité du TNSM situé au centre de notre Galaxie, Sgr A*, et l’Event Horizon Telescope (EHT), qui a fourni les premières images à l’échelle de l’horizon de Sgr A* et de M87*, ce dernier étant situé dans l’amas de la Vierge. Dans un avenir proche, les améliorations des capacités observationnelles, permises par le Next Generation EHT et des projets d’interférométrie spatiale tels que le Black Hole Explorer et SHARP, permettront l’acquisition d’images de plus haute résolution et même de films de ces environnements extrêmes, renforçant ainsi le besoin de prédictions théoriques détaillées et de simulations numériques réalistes. Cette thèse de doctorat contribue à ces efforts en explorant ces deux voies émergentes, en se concentrant sur l’étude de caractéristiques fines de l’image actuellement non résolues produites par des trajectoires photoniques fortement courbées, appelées « anneaux de photons », ainsi que sur l’analyse de la variabilité temporelle dans des séquences d’images de trous noirs. Concernant la première direction de recherche, en considérant des écarts paramétrés à la RG et un modèle simplifié, nous montrons que des déviations gravitationnelles dans M87* pourraient être détectées dans les mesures des anneaux de photons malgré les incertitudes astrophysiques. Nous présentons également les premières étapes vers l’extension de ces résultats à des configurations plus complexes et à des paramétrisations physiquement mieux motivées. Pour la seconde approche, nous décrivons comment les effets différentiels de propagation de la lumière façonnent la variabilité intrinsèque d’une structure compacte de plasma énergétique, un « point chaud », en orbite autour de Sgr A*, et montrons que ces signatures peuvent, en principe, être utilisées pour contraindre les propriétés astrophysiques de l’émetteur, l’orientation relative de l’observateur, ainsi que les propriétés de l’espace-temps du trou noir. En vue d’applications prospectives aux données réelles, nous présentons aussi des extensions du cadre de modélisation, notamment l’implémentation de disques d’accrétion fluctuants analytiquement traitables, sur lesquels des analyses similaires pourront être réalisées.
