Soutenance de doctorat de Marine Prunier

Rétroaction de trou noir supermassif dans les amas de galaxies : une synergie entre simulations cosmologiques et observations

La rétroaction des noyaux actifs de galaxies (AGN), alimentés par l’accrétion de matière sur des trous noirs supermassifs au centre des amas de galaxies, joue un rôle essentiel dans l’évolution et la régulation du milieu intra-amas. Dans les atmosphères chaudes des galaxies centrales, cette activité se manifeste par des cavités en rayons X creusées par les jets des AGN, souvent accompagnées d’ondes de choc.

Dans cette thèse, nous combinons des simulations cosmologiques magnétohydrodynamiques (TNG-Cluster) et des observations en rayons X obtenues avec le télescope spatial Chandra afin de mieux comprendre comment la rétroaction AGN injecte son énergie dans le gaz chaud des amas de galaxies et en régule le refroidissement. Nous nous intéressons plus particulièrement au rôle des cavités et des chocs, ainsi qu’aux interactions entre la rétroaction AGN et le gaz multiphase présent au cœur des amas.

Par une comparaison entre simulations et observations, nous montrons que le modèle de rétroaction AGN d’IllustrisTNG génère naturellement des cavités et des chocs aux propriétés réalistes. Les cavités reproduisent plusieurs relations observées, notamment entre leur puissance et la luminosité de refroidissement des amas, confirmant leur rôle clé dans l’équilibre thermique des cœurs d’amas. Les simulations révèlent également que les chocs AGN sont probablement plus nombreux que ne le suggèrent les observations actuelles et qu’ils contribuent significativement au chauffage du milieu intra-amas. Enfin, nous concevons une nouvelle simulation cosmologique  d’un amas avec une haute résolution au centre, nous étudions l’interaction entre la rétroaction AGN et le gaz froid (5 × 10⁴ Kelvin). Nous mettons en évidence la formation de filaments et de nuages froids dont l’origine, la morphologie et la cinématique sont étroitement liées à l’activité du trou noir supermassif central.

Cette thèse met en lumière l’apport essentiel des simulations cosmologiques pour comprendre la rétroaction des AGN dans les amas de galaxies et préparer l’interprétation des futures observations en rayons X.