L'exosphère d'une planète est la région supérieure de son atmosphère, là où les collisions entre les particules constituant l'atmosphère deviennent négligeables. Sur Mars, la compréhension des mécanismes de la formation de cette exosphère et de son rôle dans l'interaction avec le vent solaire est particulièrement importante pour caractériser l'échappement l'atmosphère et comprendre la disparition de l'eau liquide de la surface de Mars. Le principal travail effectué au cours de cette thèse a consisté à étudier le lien entre l'exosphère et l'échappement de l'eau dans les conditions solaires actuelles. Pour étudier cet échappement, un modèle décrivant la production d'oxygène chaud par recombinaison dissociative des ions O2+ a été développé. Ce modèle couplé à un modèle décrivant l'interaction du vent solaire avec l'atmosphère de Mars a permis de déterminer l'échappement d'oxygène dû aux principaux mécanismes d'érosion. Par ailleurs l'analyse des émissions exosphériques Lyman- de l'hydrogène et du triplet à 130.4 nm de l'oxygène observées par l'instrument SPICAM à bord de la mission européenne Mars Express a permis de caractériser les couronnes d'oxygène et d'hydrogène et de déterminer le flux d'échappement d'hydrogène.

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京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第23707号 / 理博第4797号 / 新制||理||1687(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻 / (主査)准教授 上田 佳宏, 教授 嶺重 慎, 准教授 岩室 史英 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Science / Kyoto University / DFAM

<p>Active Galactic Nuclei (AGNs) are accreting supermassive black holes at the center of galaxies, known for rich spectral features and multi-time scale variability in their electromagnetic emission. The origin of the variability in AGN light curves can be either intrinsic, meaning related processes that take place inside the AGN system, or extrinsic, i.e., from the propagation of light towards Earth. In this dissertation, I present my work focusing on AGN variability. The first two works focus on the variability of blazars, a subclass of AGN with their relativistic jets beaming towards the observer. The first work combines 3D relativistic magnetohydrodynamics (RMHD) simulations with radiation transfer and shows the kink instability within the blazar jet can cause quasi-periodic radiation signatures within a typical period of time scales from weeks to months. The second work combines 2D Particle-in-Cell (PIC) simulations with radiation transfer and shows that isolated and merging plasmoids due to magnetic reconnection in a blazar environment could produce rich radiation and polarization signatures. The last work explores an extrinsic origin for AGN variability: a scenario in which interstellar medium (ISM) within our galaxy can refract light coming from AGNs. It suggests that plasma structures in ISM with an axisymmetric geometry can account for extreme scattering events (ESEs) in AGN observations. Future research directions include studies of the kink instability in jets that propagate in different environments and simulations of magnetic reconnection in 3D which may reveal additional particle acceleration mechanisms, which may play important role in the resulting radiation and polarization signatures. </p>

L'étude des grandes structures de l'Univers est un des meilleurs moyens pour comprendre l'origine et l'évolution de l'Univers. Dans cette thèse, nous nous spécialisons aussi bien dans la théorie des perturbations aux échelles cosmologiques, que dans le cisaillement cosmique. La théorie des perturbations aux échelles cosmologiques décrit comment les grandes structures de l'Univers se sont formées à partir des minuscules fluctuations primordiales. Cette évolution est généralement décrite en se servant des équations du mouvement d'un fluide, et dans cette thèse nous introduisons quelques nouvelles versions de cette hiérarchie de Boltzmann. Les avantages et inconvénients de ces nouvelles hiérarchies sont analysés en détail. Nous introduisons aussi une nouvelle technique, appelée l'approximation eikonal, qui nous permet de mieux comprendre les résultats des autres approches utilisées en théorie des perturbations. En outre, grâce à sa généralité, elle nous permet de généraliser une grande quantité de résultats. Le cisaillement cosmique décrit comment l'effet des lentilles gravitationnelles déforme notre image du ciel. Dans cette thèse, nous étudions de manière détaillée le bispectre du cisaillement cosmique, au deuxième ordre en les potentiels gravitationnels. Le calcul est intégralement fait en "full sky", généralisant ainsi les résultats existants. Pour simplifier les calculs numériques, nous introduisons et généralisons l'approximation dite de Limber.

Ce travail contient 20 articles répondant aux questions suivantes :- contraintes observationnelles sur l'existence d'un rayonnement cosmique cosmologique et - problèmes liés à la diffusion des éléments dans les atmosphères stellaires.

Dans les noyaux actifs de galaxies comme autour des étoiles jeunes en formation, il est naturel de croire en l'existence d'un lien entre l'accrétion de matière sur un objet central massif et les jets collimatés observés. L'objet de cette thèse est l'étude de structures magnétisées, dans lesquelles accrétion et éjection sont deux processus interdépendants. Le mécanisme physique à la base de ces deux processus est ainsi élucidé, en résolvant l'ensemble complet des équations magnétohydrodynamiques décrivant ces structures. Un disque d'accrétion résistif est traversé par des lignes de champ magnétique ouvertes, torsadées par sa rotation. Ces lignes freinent le disque et lui extraient moment cinétique et énergie mécanique. Une transition naturelle est obtenue entre le disque résistif dense et un jet idéal dilué, super magnétosonique lent. L'existence de telles structures stationnaires n'est pas fortuite mais découle de la saturation d'instabilités du disque magnétisé, donnant lieu à des coefficients de transport anormaux. La structure est complexe, avec équipartition entre l'énergie magnétique et thermique ainsi que des composantes du champ magnétique de grandeur comparable. Les signatures observationnelles des disques sont décrites, ainsi que le bilan global d'énergie et les caractéristiques des jets. Les ordres de grandeurs requis par de telles structures sont compatibles avec les observations.

Nous présentons des observations obtenues en spectroscopie X, à l'aide du satellite japonais GINGA, et en spectro-imagerie X, à l'aide du satellite americano-germanique ROSAT, que nous analysons, puis interprétons à l'aide d'une modélisation de l'évolution des galaxies elliptiques, d'une part, et de la distribution du gaz X et de la masse totale dans les amas de galaxies, d'autre part. Dans une première partie, nous présentons l'analyse des données de la spectroscopie X, lorsqu'elles sont combinées aux données optiques et d'imagerie X. Nous confirmons la présence d'une masse importante de fer dans le milieu intra-amas ainsi que son origine localisée dans les galaxies elliptiques (et lenticulaires). Dans une seconde partie, un modèle d'évolution appliqué aux galaxies elliptiques, où la formation d'étoiles massives est renforcée en début d'évolution est développé, qui permet d'expliquer conjointement les observations à l'échelle des amas et à l'échelle des galaxies mêmes; les supernovae de type II produisant simultanément le fer et l'énergie thermique à l'origine de son éjection hors des galaxies. Dans une troisième et dernière partie, nous présentons une méthode de détermination de la masse, et de la distribution, du gaz intra-amas et de la masse totale ("matière noire" comprise) à partir des données X (spectroscopie globale et imagerie détaillée), puis l'appliquons à un amas particulier : A2163, dont les propriétés extrêmes (amas le plus chaud et le plus massif connu) ont des conséquences importantes sur les modèles cosmologiques.

Dans cette thèse, je présente un modèle permettant de rendre compte des caractéristiques essentielles des Blazars, i.e. l'émission haute énergie (du MeV au TeV) et l'éjection de matière à des vitesses relativistes, compatibles avec l'observation de mouvements apparemment superluminiques, en interférométrie à très grande base (VLBI). Ce même type de mouvement a été observé pour des objets galactiques, les microquasars. L'ingrédient principal de ce modèle est la présence d'un plasma non thermique de paires évoluant dans un jet Magnéto-hydrodynamique (modèle à deux écoulements). Je montre comment la force résultant des interactions Compton Inverses d 'un plasma relativiste de paires, dans le champ de photons anisotrope provenant d'un disque d'accrétion (phénomène de fusée Compton) permet de propulser ce plasma jùsqu'à des vitesses d'ensemble relativistes. Les facteurs de Lorentz d'ensemble terminaux obtenus sont compatibles avec ceux déduits des observations des objets extragalactiques et galactiques. L'émission de photons haute énergie est associée au rayonnement Compton Inverse du plasma de paires sur deux types de photons sources, ceux provenant du dIsque d'accrétion et ceux provenant du propre rayonnement synchrotron de ces paires. Le processus de création de paires par absorption gamma-gamma permet d'expliquer naturellement la formation de ce plasma. Les différents rayonnements émis par le faisceau de paires permettent d'obtenir de bons ajustements des spectres multi-longueur d'onde de différents objets. L'instabilité due à la création de paires semble être une bonne clef pour l'explication de la variabilité des Blazars. Un modèle dépendant du temps, couplant de manière simplifiée création de paires et accélération des particules, est présenté. Sous certaines conditions, des éjections de paires apparaissent de manière quasi-périodique, pouvant expliquer l'apparition des nouvelles composantes VLBI, associées à un sursaut d'activité aux hautes énergies.

L'observation, dans le spectre des galaxies de Seyfert, d'une coupure exponentielle aux alentours de quelques centaines de keV et la non-détection d'une forte raie d'annihilation semblent favoriser les modèles thermiques. Néanmoins, je montre, à travers cette étude, qu'un modèle non-thermique peut aussi être à l'origine de l'émission haute énergie de ces objets. Ce modèle suppose la présence d'une source de particules relativistes placée à quelques rayons de Schwarzschild au-dessus d'un disque d'accrétion. Cette source aurait pour origine le choc terminal d'un jet avorté. Le rayonnement X qu'elle libère est produit par diffusion Compton Inverse des photons UV émis par le disque sur les particules relativistes. Inversement, les photons UV proviennent du rayonnement thermique du disque chauffé par la source X. La géométrie de ce modèle impose une forte anisotropie du rayonnement UV perçu par la source X et donne, en retour, une émission Compton Inverse fortement anisotrope. L'équilibre radiatif entre la source et le disque permet de remonter aux principales caractéristiques de ce système. L'ajout de composantes en réflexion permet, ensuite, d'ajuster le spectre de différents objets. La forte anisotropie de l'émission X nécessite alors des angles d'inclinaison bien supérieurs au cas d'une illumination isotrope standard. Finalement, l'étude cinétique du choc donnant naissance à la source X, et prenant en compte les processus de Fermi du premier et du second ordre ainsi que les pertes radiatives, permet de définir plus précisément la source de haute énergie. Ces différents travaux théoriques sont complétés par l'observation optique d'une vingtaine de galaxies de Seyfert, à la recherche de microvariabilités. Les limites supérieures obtenues donnent, dans le cadre de ce modèle non-thermique, de nouvelles contraintes sur les différents paramètres caractérisant la région centrale de ces objets.