Les vents et les jets sont un des phénomènes les plus répandu et spectaculaire en astrophysique des hautes énergies. En effet, une variété d'objets astrophysiques exhibent des écoulements aussi bien sous forme de vents que de jets fortement collimatés. Ils sont observés dans les étoiles jeunes, les noyaux actifs de galaxies (AGN), les étoiles à neutrons et les étoiles de la séquence principale. Cependant, malgré l'abondance des jets en astrophysique, le problème de la formation et de la collimation de ces écoulements reste ouvert. Différents modèles sont proposés pour résoudre ce problème. La plupart de ces modèles sont développés dans la limite newtonienne. Nous avons, dans cette thèse, élaboré des modèles hydrodynamiques et magnétohydrodynamiques en relativité générale pour analyser les différents mécanismes d'accélération et de collimation des écoulements aussi bien relativistes que classiques. Nous avons étudié les solutions d'écoulements purement hydrodynamique sphérique avec une équation d'état polytropique généralisée. Nous nous sommes intéressés aux effets de changement de l'état de la matière dans les écoulements sur l'accélération thermique, lorsqu'elle subit des grandes variations de température. Nous avons montré qu'avec notre nouvelle équation d'état, les effets de la gravité et thermique sont couplés, permettant une plus grande efficacité de l'accélération du vent. Nous avons aussi montré la nécessité de l'utilisation de ce nouveau polytrope plus cohérent dans le traitement des écoulements relativistes polytropiques. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons développé un modèle d'écoulement axial magnétisé 2.5D. La température élevée du plasma dans la couronne centrale due à la gravité élevée et la proximité de l'axe de rotation nous ont permis de négliger, dans un premier temps, les effets du cylindre de lumière comparativement aux effets thermiques. Dans ce cadre, nous avons montré que les effets relativistes favorisent l'accélération thermique au détriment de la collimation magnétique. Nous avons aussi montré l'importance de l'expansion initiale du jet sur l'efficacité de l'accélération du jet dans la partie basse. D'autre part, nous avons étudié les effets de la rotation relativiste sur la collimation du jet. Nous avons aussi utilisé le modèle pour déduire quelques différences entres les propriétés intrinsèques des jets d'AGN de type FRI et de FRII. Nous avons trouvé que les jets des FRI se caractérisés par une faible vitesse de rotation à la base et qu'asymptotiquement, ils sont confinés par le milieu ambiant. Par contre, les jets des FRII sont caractérisés par une vitesse de rotation à la base plus élevée que celle des jets de FRI, qui reste cependant sub-keplerienne. De plus, les jets des FRII s'auto-collimatent par leur propre champ magnétique. Nous avons développé un troisième modèle de jet dans le cas des rotateurs relativistes. En premier lieu, ce modèle nous a permis de mieux traiter les jets accélérés par le flux de Poynting contrairement au modèle précédent. Nous avons aussi étudié les effets du cylindre de lumière sur la collimation du jet et confirmé qu'il tend à décollimater ce dernier. D'autre part, nous avons trouvé que, dans les solutions caractérisés par un cylindre de lumière proche de la surface d'Alfvén, la rotation relativiste dans ces jets limite l'accélération de ces derniers. En effet, dans les solutions que nous avons étudiées, les vitesses poloïdales obtenues restent faibles, de l'ordre de $0.6c$. Nous avons aussi amorcé un code de simulation numérique d'écoulements relativistes utilisant la bibliothèque LORENE. Dans la thèse nous avons commencé à tester le code dans le cas simple de vents purement hydrodynamiques sphériques.

During the quasar era (redshifts between 1 and 3) Radio Galaxies (RGs) have been claimed to have substantially influenced the growth and evolution of large scale structures in the universe. In this dissertation I test the robustness of these exciting claims. In order to probe the impacts in more detail, good theoretical models for such RG systems are required. With this motivation, I seek to develop an essentially analytical model for the evolution of Fanaroff-Riley Class II radio galaxies both as they age individually and as their numbers vary with cosmological epoch. To do so, I first compare three sophisticated semi-analytical models for the dynamical and radio lobe power evolution of FR II galaxies, those given by Kaiser, Dennett-Thorpe & Alexander (1997, KDA), Blundell, Rawlings, & Willott (1999, BRW) and Manolakou & Kirk (2002, MK). I perform multi-dimensional Monte Carlo simulations leading to virtual radio surveys. The predictions of each model for redshift, radio power (at 151 MHz), linear size and spectral index are then compared with data. The observational samples are the low frequency radio surveys, 3CRR, 6CE and 7CRS, which are flux-limited and redshift complete. I next perform extensive statistical tests to compare the distributions of model radio source parameters and those of the observational samples. The statistics used are the 1-Dimensional and 2-Dimensional Kolmogorov-Smirnov (K-S) tests and the 4-variable Spearman partial rank correlation coefficient. I search for and describe the "best" parameters for each model. I then produced modifications to each of the three original models, and extensively compare the original and the modified model performances in fitting the data. The key result of my dissertation is that using the Radio Luminosity Function of Willott et al. (2001) as the redshift birth function of radio sources, the KDA and MK models perform better than the BRW models in fitting the 3CRR, 6CE and 7CRS survey data when using K-S based statistical tests, and the KDA model provides the best fits to the correlation coefficients. However, no pre-existing or modified model can provide adequate fits for the spectral indices. I also calculate the volume fraction of the relevant universe filled by the generations of radio galaxies over the quasar era. This volume filling factor is not as large as estimated earlier. Nonetheless, the allowed ranges of various model parameters produce a rather wide range of astrophysically interesting relevant volume fraction values. I conclude that the expanding RGs born during the quasar era may still play significant roles in the cosmological history of the universe.

Σκοπός του διδακτορικού αυτού είναι να αναδείξει τις ομοιότητες και τις διαφορές των ενεργών πυρήνων, μελετώντας το περιβάλλον γαλαξιών τύπου Sy1, Sy2, αλλά και λαμπρών υπέρυθρων γαλαξιών (BIRG, οι οποίοι ως επί το πλείστον είναι τύπου Starburst και Sy2) και συγκρίνοντας το με το περιβάλλον κανονικών μη ενεργών γαλαξιών. Διερευνάται επίσης εις βάθος, η σχέση Starburst και AGN γαλαξιών και περιλαμβάνεται η αναλυτική φασματοσκοπική μελέτη και κατηγοριοποίηση των γειτόνων των Seyfert και BIRG, σε μία προσπάθεια να βρεθεί η αναμενόμενη αμφίδρομη σχέση μεταξύ των αλληλεπιδρώντων γαλαξιών. Εν κατακλείδι, προτείνεται ένα συνολικό εξελικτικό σενάριο, που περιλαμβάνει όλους τους τύπους των ενεργών γαλαξιών που παρατηρούνται στο τοπικό σύμπαν. Το τελευταίο τμήμα της διατριβής προσεγγίζει το πρόβλημα του περιβάλλοντος των ενεργών γαλαξιών από μία διαφορετική πλευρά, αυτή των σμηνών γαλαξιών. Η ανεύρεση των ενεργών πυρήνων σε αυτή την περίπτωση γίνεται με χρήση δεδομένων ακτινών-Χ από το δορυφόρο XMM-Newton. Η ορθή ερμηνεία των αποτελεσμάτων προϋποθέτει την σύγκριση των αποτελεσμάτων με οπτικά δεδομένα, η οποία ακολουθεί σε δεύτερη φάση. / The purpose of the present thesis is to bring out the similarities and the differences of the Active Galactic Nuclei (AGN), by studying the environment of Seyfert and of Bright IRAS galaxies (BIRG, which in their majority are Starburst and Sy2 galaxies) and compare it with the environment of normal (non-active) galaxies. The Starburst/AGN connection is also studied and the spectroscopic analysis and classification of all the neighboring galaxies of Seyferts and BIRGs is included, in an attempt to find the expected bidirectional relation between interacting galaxies. We propose an evolutionary scenario, which includes all types of active galaxies present in the local universe. The last part approaches the problem from a different angle, that of the galaxy clusters. In this case the selection of the AGNs is based on their X-ray emmision, using data from the XMM-Newton satellite. Finally, we compare our findings with optical data from the Sloan Digital Sky Survey.

Les radio galaxies sont les candidats préférentiels pour comprendre la formation et l'évolution des galaxies sur une grande échelle de temps. Observées jusqu'à z>5 en raison de leur brillance, elles sont abritées par des galaxies elliptiques géantes. L'émission radio révèle la présence d'un trou noir supermassif. Un tore de poussière entourant le noyau actif de galaxie (AGN) agit comme un coronographe naturel permettant alors l'étude de la galaxie hôte. L'objectif de cette thèse est de déterminer l'évolution de la composante stellaire en présence d'un AGN. La décomposition est faite à partir de la distribution spectrale d'énergie (SED) de l'UV au submillimétrique en utilisant le code d'évolution de galaxies PEGASE.3 et un code d' AGN, les deux modélisant l'émission de la poussière par transfert radiatif.En premier lieu, nous présentons le projet HeRGE, 70 radio galaxies observées avec Herschel, qui permet de mesurer leurs luminosités totales infrarouges, comparables à celles des ULIRG. Une décomposition de la luminosité infrarouge entre l'émission AGN et un modèle de starburst est proposée pour l'ensemble de l'échantillon. Ces luminosités élevées sont interprétées en termes de taux d'accrétion et de formation d'étoiles, favorisant la croissance du trou noir par rapport à la galaxie hôte.En second lieu, l'orientation du jet par rapport au tore est contrainte à partir de l'infrarouge moyen et du rapport des émissions radio des lobes (isotrope, 500MHz) et du coeur (anisotrope, 20GHz). Ces observations en accord avec le modèle d'unification permettent d'évaluer le facteur d'absorption Av, l'inclinaison du tore et de contraindre le facteur de Lorentz.Une sélection de 12 radio galaxies observées de l'UV au sub-mm est analysée avec PEGASE.3 et un modèle d'AGN. Une seule composante stellaire est insuffisante. Seules deux composantes (une évoluée et massive, et une jeune issue d'un starburst) permettent un ajustement significatif de la SED complète. La composante évoluée est très massive (environ 10^12 msun) formée sur une courte période de temps (<10^9 ans). La composante jeune (<4.10^7 ans), moins massive (environ 10^11 msun), confirme un processus épisodique de croissance par sursauts. Ces résultats sont des contraintes fortes pour les modèles de formation de galaxies. La relation avec le noyau actif reste encore à préciser. Les projets d'observations complémentaires, optique et mm, permettront de confirmer ces résultats.

In this work, we study the galaxy cluster MS0735.6+7421 that hosts the most energetic observed active galactic nucleus (AGN) outburst so far. Explaining this very energetic AGN outburst is found to be challenging. McNamara et al. 2009 grappled with this problem and proposed two possible solutions: either the black hole (BH) must be an ultra massive one (with mass $> 10^{10} \ \text{M}_\odot$), or the efficiency of the mass to energy conversion ($\epsilon$) should be higher than the generally assumed value of $\epsilon \sim 0.1$. However, the efficiency of the mass to energy conversion depends on the BH's spin {Benson and Babul 2009}; higher $\epsilon$ can be achieved with a higher spinning BH. Here, we explore the second solution in detail, and ask the question: How did the BH spin up to the very high spins in advance of the outburst? We also explore the attendant physical processes, such as star formation, during the spin-up mode and investigate the associated observational implications. Comparing our results with what is generally expected from simulations and observational studies suggests that for all intents and purposes, the existence of an ultra massive BH is the simplest solution. / Graduate

This thesis sums up a bachelor project in which gamma-ray emission from an extra-galactic source (S50716+71) is studied using data collected by the Fermi Large Area Telescope (LAT). The emission consists of 12,5 years of data (April 2008 to February 2020) in the energy range 100 MeV - 300 GeV. The source has a high significance (&gt;298) and is believed to be an active galactic nucleus in which there have to be mechanisms able to accelerate photons to these high energies. The mechanisms are believed to be of non-thermal origin and the general consensus is that they are the synchrotron radiation-process as well as the inverse Compton-process. These processes are discussed to some extent in the thesis as part of a fairly large theoretical background. The data was analyzed in several ways. The Enrico software contained in the package Fermitools provided by NASA was used to create curves of the flux as a function of time (lightcurves) as well as spectral distributions. The light curve showed that the source varies considerably with hardly any “quiet periods” at all during the twelve-year period. The light curve also showed a fast rise and fall of intensity between the high intensity and low intensity points. Spectral analyses were made for six chosen time-periods of interest through the fitting of three different functions, a powerlaw-function, a logparabola-function and a powerlaw function with exponential cutoff. The powerlaw function with exponential cutoff was favored in all periods except one where the log parabola-function was preferred. The data from one of the periods was then put into a multi-wavelength context of the source showing that the data is in agreement with previous collected data. This broad spectrum was then used to model the underlying energy distribution through a theoretical framework called the Synchrotron Self-Compton model (SSC). This was done using a modelling software called JetSet. The modelling resulted in a reasonable fit of the data and parameters that overall (at least in magnitude) seem to agree with results from other publications.

The subject of this thesis is the analysis and modeling of the active galactic nucleus PKS 1510-089. The aim is to present a thorough background of active galactic nuclei combined with the analysis and modeling of a specific active galactic nucleus. The results will then be  linked to previous research and theories about active galactic nuclei. The data used in the analysis were retrieved from the Fermi Gamma-ray Space Telescope. A light curve analysis that extended over 12 years provided knowledge about variability and presented four interesting flaring periods. The four periods underwent a spectral analysis, and the results showed that a log parabolic curvature could best describe all four periods. The last step before the modeling was to create spectral energy distributions for all four periods to retrieve spectral points from wavelengths other than those available from Fermi. Unfortunately, there were only sufficient data for one period. That period was later used in the modeling and resulted in a well-fitted external Compton model, which was compared, with relatively good results, with previous research.

As of June 2020, the first all-sky X-ray survey with the eROSITA instrument aboard the spacecraft Spektr-RG has been completed. A high percentage of the 1.1 million objects included in the survey are expected to be active galactic nuclei (AGN). Such an extensive catalogue of X-ray sources offers a unique opportunity for large scale observations of distinct classes of X-ray emitters. This report explores methods of refining the catalogue to include only candidates for lensed AGN. Of the differing types of AGN known, quasi-stellar objects, or QSOs, are some of the most luminous, meaning they are well-suited for observation over large distances. This is particularly befitting for observation of gravitationally lensed objects as, for lensing effects to take place, large distances are required over which more faint objects would not be able to be viewed. An indication of strong gravitational lensing is several images of the same object seen in close proximity on the sky. In order to reduce the data to more likely candidates, counterparts within a given radius are found in the second data release from Gaia; a survey in the optical with higher resolution than eROSITA. An algorithm is produced which removes most likely stellar Gaia sources using their X-ray to optical flux ratios and astrometry parameters. The Gaia sources which have no neighbours within another given radius are then also removed, leaving a catalogue of potential multiply lensed QSOs. This automated script was then applied to an eROSITA catalogue and the results compared with known lenses. The remaining sources were also checked visually using Pan-STARRS optical survey data. The results seem to be promising, although a great deal further refinement is needed through visual inspection to find the most promising candidates for lensed QSOs. / <p>Written under the joint supervision of Georg Lamer at the Leibniz Institute for Astrophysics in Potsdam. The presentation was held online at the Institute due to the COVID-19 pandemic.</p>

Blazars are a type of Active Galaxy that emit strong astrophysical jets. The association of a HE gamma-ray flare from the blazar TXS 0506+056 to the IceCube-170922A neutrino event in 2017, opened the possibility to a link between these two events. In this thesis, we will look at the HE gamma-ray behavior of TXS 0506+056 using data obtained from the Fermi-LAT by taking into account the other set of neutrino events associated with this source from 2014-2015. We will investigate whether both neutrino events present with comparable HE gamma-ray behavior by analyzing the lightcurves and the spectra for a quiet state, the 2014-2015 period, and the flare centered around the neutrino event from 2017. The results of the analysis performed in this thesis show no strong indication of a change in the gamma-ray behaviour in these potential neutrino detections.

No description available.