L’objectif de ma thèse porte sur les interactions entre les noyaux actifs de galaxies et le milieu interstellaire des galaxies. En particulier, je mets l’accent sur les deux mécanismes possibles responsables de la production des vents par les trous noirs : les jets et les vents produits par le rayonnement de ces trous noirs. Les simulations hydrodynamiques de haute résolution des galaxies comprenant la rétroac- tion d’un jet ont montré que l’activité des noyaux actifs peut conduire à une pression exces- sive sur les régions denses de formation stellaire dans les galaxies, et donc à augmenter la formation d’étoiles, conduisant à un effet positif de rétroaction. Je montre que ces noyaux actifs induits par pression régulée et formation d’étoiles peuvent aussi être une explica- tion possible des taux de formation stellaire élevés observés dans l’Univers à haut décalage spectral. De plus, j’ai également étudié en détails comment le rayonnement émis à partir d’un disque d’accrétion autour du trou noir agit efficacement avec le milieu interstellaire et entraîne un fort vent galactique, en simulant la propagation des photons à partir des équations hydrodynamiques du rayonnement. Les simulations montrent que la grande luminosité d’un quasar est en effet capable de conduire des vents à grande échelle et à grande vitesse. Le rayonnement infrarouge est nécessaire pour transérer efficacement le gaz par multi-diffusion sur la poussière dans les nuages denses. Le nombre typique de multi-diffusion diminue rapidement quand le nuage central de gaz central se dilate et se rompt, ce qui permet au rayonnement de s’échapper à travers les canaux à faible densité. / Supermassive black holes (SMBHs) are known to reside in the centres of most large galaxies. The masses of these SMBHs are known to correlate with large-scale properties of the host galaxy suggesting that the growth of the BHs and large-scale structures are tightly linked. A natural explanation for the observed correlation is to invoke a self-regulated mechanism involving feedback from Active Galactic Nuclei (AGN). The focus of this thesis is on the interactions between AGN outflows and the ISM and how the feedback impacts the host galaxy. In particular, it focuses on the two possible mechanism of outflows, namely, outflows related to AGN jets and outflows produced by AGN radiation. High resolution, galaxy scale hydrodynamical simulations of jet-driven feedback have shown that AGN activity can over-pressurise dense star-formation regions of galaxies and thus enhance star formation, leading to a positive feedback effect. I propose, that such AGN-induced pressure-regulated star formation may also be a possible explanation of the high star formation rates recently found in the high-redshift Universe. In order to study in more detail the effects of over-pressurisation of the galaxy, I have performed a large set of isolated disc simulations with varying gas-richness in the galaxy. I found that even moderate levels of over-pressurisation of the galaxy boosts the global star formation rate by an order of magnitude. Additionally, stable discs turn unstable which leads to significant fragmentation of the gas content of the galaxy, similar to what is observed in high-redshift galaxies. The observed increase in the star formation rate of the galaxy is in line with theoretical predictions. I have also studied in detail how radiation emitted from a thin accretion disc surrounding the BH effectively couples to the surrounding ISM and drives a large scale wind. Quasar activity is typically triggered by extreme episodes of gas accretion onto the SMBH, in particular in high-redshift galaxies. The photons emitted by a quasar eventually couple to the gas and drive large scale winds. In most hydrodynamical simulations, quasar feedback is approximated as a local thermal energy deposit within a few resolution elements, where the efficiency of the coupling between radiation of the gas is represented by a single parameter tuned to match global observations. In reality, this parameter conceals various physical processes that are not yet fully un- derstood as they rely on a number of assumptions about, for instance, the absorption of photons, mean free paths, optical depths, and shielding. To study the coupling between the photons and the gas I simulated the photon propagation using radiation-hydrodynamical equations (RHD), which describe the emission, absorption and propagation of photons with the gas and dust. Such an approach is critical for a better understanding of the coupling between the radiation and gas and how hydrodynamical sub-grid models can be improved in light of these results...

Ce manuscrit de thèse présente l’étude des processus d’émission de deux types de noyaux actifs de galaxie détectés aux rayons gamma : des blazars vues au TeV et des Narrow Line Seyfert 1s (NLS1s) détectés au GeV. La distribution spectrale d’énergie des blazars peut être décrite en général par des modèles 'one-zone synchrotron self-Compton'. Ce modèle a été appliqué au blazar 1ES2322-409 qui fut premièrement détecté au TeV par l’expérience HESS. Des composantes externes comme le tore, le disque d’accrétion, la couronne X ou la 'Broad Line Region' sont nécessaires pour expliquer la radiation observée dans des NLS1 qui émettent des rayons gamma. Un modèle numérique qui considère ces champs des photons externes a été développé. Ce modèle explique l’émission observée et la transition entre des états bas et des états d’émission augmentée pour trois NLS1s vues au régime gamma : 1H0323+342, B20954+25A et PMN J0948+0022. / This thesis manuscript presents the study of the emission processes of two types of gamma-emitting active galactic nuclei: TeV-detected blazars and GeV-detected Narrow Line Seyfert 1s (NLS1s).The Spectral Energy Distribution (SED) of TeV blazars can in general be well described by simple one-zone synchrotron self-Compton models. Such model has been applied to the blazar 1ES2322-409 that was first detected at TeV by the HESS collaboration.Additional external photon fields such as the obscuring torus, the accretion disc, the X-ray corona or the broad line region are necessary to describe the observed radiation and broad-band SED of gamma-emitting NLS1s. A numerical model that takes into account emission from these external fields has been developed. The model explains the observed emission and the transition from quiescent to gamma-ray flaring states of three gamma-emitting NLS1s: 1H0323+342, B20954+25A and PMN J0948+0022.

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Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La gravitation est le principal moteur de formation et d'évolution des amas de galaxies. Cependant, de nombreux processus non-gravitationnels sont à l'oeuvre au sein de la composante baryonique des amas et affectent leurs propriétés globales. L'objet de cette thèse est l'étude statistique de deux de ces processus et de leur impact sur la formation et l'évolution des amas de galaxies. Nous nous sommes intéressés à l'effet de la présence de poussière dans le milieu intra-amas, ainsi qu'à l'origine de l'émission radio observée dans la direction des amas. Un refroidissement du gaz intra-amas dû à la poussière a tout d'abord été implémenté dans des simulations numériques de formation des structures. Nous avons ensuite quantifié l'impact de la poussière sur les propriétés d'échelle et structurelles des amas de galaxies générés dans ces simulations. Notre analyse a montré que la normalisation des relations d'échelle et la distribution de matière au centre des amas sont significativement modifiées par l'inclusion de poussière. Cette dernière peut donc affecter l'évolution des propriétés du milieu intra-amas. Nous avons aussi montré que le refroidissement est intimement lié aux propriétés physiques de la poussière, c'est-à-dire à son abondance et à la distribution en taille de ses grains. L'émission radio des amas de galaxies est quant à elle due aux sources ponctuelles (noyaux actifs de galaxies, galaxies à flambée d'étoile) et aux sources étendues et diffuses (halos, reliques). À partir du relevé radio NVSS et du méta-catalogue MCXC, nous avons statistiquement étudié les relations d'échelle entre les propriétés des galaxies actives en radio (fraction, luminosité radio, masse du trou noir supermassif des noyaux actifs) et celles des halos qui les hébergent (masse totale, luminosité X). Nous avons montré que les propriétés de ces deux populations sont corrélées. Finalement, en s'appuyant sur la caractérisation de l'émission des sources ponctuelles et sur les données NVSS, nous avons recherché la signature statistique d'une émission radio étendue et diffuse dans les amas. Cependant, cette investigation a rapidement été entravée par la contamination due aux sources radio ponctuelles non-résolues. Notre étude nous a également renvoyés à la question de la fraction d'amas hébergeant des sources radio étendues et diffuses, et donc à leur lien avec l'état dynamique des amas.

Au cours des dernières décennies, l’astronomie infrarouge a changé notre point de vue au sujet de l’évolution des galaxies, en particulier à de grandes distances. Nous avons accès à une grande variété d’informations physiques grâce au domaine spectral infrarouge. Toutefois, les limites de diffraction des instruments infrarouges et l’existence d’un grand nombre de sources font de l’identification individuelle des galaxies une tâché difficile. La première partie de cette thèse est consacrée à Résoudre le fond extragalactique infrarouge avec l’observatoire spatial Herschel, à, l’aide de simulations réalistes, correspondant aux images les plus profondes jusqu’ici obtenues en infrarouge lointain. Nous avons étudié l’origine du bruit de confusion dans les images GOODS-Herschel et résolu une partie de fond cosmique infrarouge en galaxies individuelles. De nouvelles techniques ont été développées pour prédire les flux en infrarouge lointain à partir de la connaissance préalable des positions, décalages spectraux et densités de flux des sources dans l’infrarouge moyen. Les images simulées ont été construites en utilisant les flux prédits afin d’évaluer le rôle du bruit local de confusion et d’identifier des sources individuelles. La deuxième partie de la thèse concerne l’étude de la Destruction de grains de poussières par des jets vus en radio. Nous avons étudié les effets des noyaux actifs de galaxies dans le milieu interstellaire, en particulier le mécanisme qui donne lieu à la région des raies étroites dans les galaxies de type Seyfert. Des spectres en infrarouge proche à fente longue a ont été enregistrés sur un ensemble de galaxies Seyfert de type 2 afin de mesurer les raies d’émission de ([Fe II], [P II] et Paβ) qui révèlent la destruction de poussières par les ondes de choc produites par les jets radio. Nous avons constaté que le mécanisme dominant l’ionisation près du noyau des galaxies Seyfert est le champ de rayonnement produit par l’activité du trou noir. Dans la partie extérieure de la région des raies étroites, des ondes de choc induites par des jets de radio contribuent également au budget énergétique du milieu interstellaire et à la destruction des grains de poussière. Cette thèse s’est déroulée en co-encadrement au Service d’Astrophysique du CEA-Saclay et au Département d’Astronomie de l’Université de Concepción, au Chili. / During the last decades, infrared astronomy has changed our view about the evolution of galaxies, especially at large distances. We have access to large variety of physical information in the infrared bands. However, diffraction limits of the infrared instruments and the existence of a large number of sources makes individualization of galaxies a difficult task. The first part of this thesis is entitled Resolving the Cosmic Infrared Background with the Herschel Space Observatory where, by the use of far-infrared realistic simulations of the deepest infrared images of the Universe, we have studied the origin of the confusion noise in the GOODS-Herschel images and resolved a substantive part of the Cosmic Infrared Background into individual galaxies. New techniques were developed to predict the fluxes in the far-infrared from prior knowledge in the mid-infrared. Mock images were built using those predicted fluxes to evaluate the role of local confusion noise and identify individual sources. The second part of the thesis concerns the study of the Destruction of dust grains by radio jets. We study the effects of active galactic nuclei in the insterstellar medium, in particular in the mechanism that gives rise to the narrow-line region in Seyfert galaxies. Long-slit near-Infrared spectra of a set of type-2 Seyfert galaxies were taken to measure diagnostic emission lines ([Fe II], [P II] and Paβ) that reveal the destruction of dust grains due to the shock waves produced by the radio jets. We found that the dominant mechanism of ionization close to the nuclei of the Seyfert galaxies is the radiation field produced by the back hole activity. In the outer part of the narrow-line region, shock waves induced by the radio jets also contribute to the energy budget of the interstellar medium and sputter the dust grains. This was a co-advising thesis performed in the Service d’Astrophysique CEA-Saclay and the Astronomy Department of the University of Concepción, Chile. / Durante las últimas décadas, la astronomía infrarroja ha cambiado nuestra visión sobre la evolución de galaxias, en especial revelando que a grandes distancias (z >1) las galaxias individuales son típicamente Galaxias Infrarrojas Ultraluminosas (cuyas siglas en inglés son ULIRGs por Ultraluminous Infrared Galaxies, 1012 < Lbol < 1013 L⊙). Actualmente tenemos acceso a una gran variedad de información física basada en la emisión en bandas espectrales infrarrojas (IR), radiación que en el caso de las galaxias es producida en su mayoría por granos de polvo. Sin embargo, el límite de difracción de los instrumentos infrarrojos junto con el gran número de fuentes de emisión hace de la individualización de galaxias una tarea difícil. La primera parte de esta tesis se titula Resolviendo el Fondo Cósmico Infrarrojo con el Observatorio Espacial Herschel donde, con el uso de simulaciones realistas de las imágenes más profundas del Universo, hemos estudiado el origen del ruido de confusión en las imágenes GOODS-Herschel y resuelto en galaxias individuales una parte sustantiva del Fondo Cósmico Infrarrojo. Nuevas técnicas fueron desarrolladas para predecir los flujos en el infrarrojo lejano a partir del conocimiento a priori en el infrarrojo medio. Las imágenes simuladas fueron construidas usando esos flujos predichos y con ellos evaluar el rol del ruido de confusión local así como identificar fuentes individuales. La segunda parte de la tesis trata del estudio sobre la Destrucción de granos de polvo por chorros en ondas de radio. Este proyecto que se concentró en la observación de galaxias Seyfert y ULIRGS y apunta a entender mejor el ciclo de vida del polvo al estudiar la destrucción de granos en galaxias con nucleos activos y los efectos de la actividad de estas últimas en el medio interestelar, en particular en el mecanismo que da origen a la región de líneas de emisión angostas en las galaxias Seyfert. Se obtuvo espectros infrarrojos de rendija larga de galaxias Seyfert del tipo 2 para medir líneas de emisión ([Fe II], [P II] y Paβ) las cuales revelan la destrucción de granos de polvo debido a las perturbaciones de las ondas de choque producidas por chorros detectados en ondas de radio. Hemos encontrado que el mecanismo dominante de la ionización cerca de los núcleos de las galaxias Seyfers es el campo de radiación producido por la actividad del agujero negro central. En la parte externa de la región de líneas de angostas, las ondas de choque inducidas por los chorros en radio también contribuyen al balance energético del medio interestelar y desintegran los granos de polvo. Esta fue una tesis de co-tutela llevada a cabo en el Departamento de Astronomía de la Universidad de Concepción y en el Service d’Astrophysique del Commissariat á l’Énergie Atomique (CEA), Francia