Notre Galaxie regorge donc de systèmes binaires de haute énergie différents de par leur nature, et leurs propriétés: l\'astre compact peut être soit une étoile à neutron soit un trou noir, et l\'étoile compagnon peut être une étoile de faible masse ou de grande masse. Ajoutons à cela des caractéristiques différentes liées à la taille de l\'orbite et au rapport des masses des deux objets, et nous obtenons des systèmes aux propriétés complètement différentes. L\'observation étant à l\'astrophysique ce que l\'expérimentation est à la physique, seule une étude exhaustive de ces systèmes aux caractéristiques différentes mais liés par une même physique permet de comprendre leur formation, leur fonctionnement et leur évolution.
Les systèmes binaires constituent des objets intéressants à étudier, non seulement parce qu\'il s\'y produit des phénomènes relativistes extrêmes, mais aussi de par le fait que l\'échange de matière et de moment angulaire entre les deux composantes modifie, certainement accélère, leur évolution: à la fois l\'objet compact et l\'étoile compagnon évoluent différemment du fait de la présence de l\'autre objet. L\'étude de cette évolution à long terme, en particulier de l\'étoile compagnon, permet de mieux comprendre les modèles de population d\'étoiles dans les systèmes binaires.
Mes travaux de recherche portent à la fois sur les systèmes binaires de faible et de grande masse, contenant étoiles à neutron et trous noirs, et dans une moindre mesure sur les astres extragalactiques (noyaux actifs de galaxie et sursauts de rayons gamma). Le chapitre \"Microquasars\" de ce manuscrit décrit mes travaux sur les microquasars, ces sources présentant des jets relativistes, qui sont principalement des systèmes binaires de rayons X de faible masse. Ces astres sont des laboratoires idéaux d\'étude des phénomènes relativistes de physique de haute énergie, car ils posent des questions essentielles à la compréhension de la nature et du fonctionnement de ces formidables puits gravitationnels: quels sont les processus physiques permettant l\'éjection à partir de l\'accrétion, quelle est la nature des jets, quelle est l\'énergie des électrons du jet, quelle est la fraction de masse qui est éjectée, quels sont les effets des interactions entre la matière éjectée et le milieu environnant? L\'originalité de mes travaux sur les microquasars porte principalement sur une approche multi-longueur d\'onde, fondée sur des observations dans différents domaines, des rayons X à la radio en passant par l\'infrarouge. Par cette approche, j\'ai tout d\'abord mis en évidence le lien entre les phénomènes d\'accrétion et d\'éjection de matière dans l\'archétype des microquasars, GRS 1915+105, puis j\'ai montré qu\'une composante non-thermique était présente dans l\'ensemble de la distribution spectrale d\'énergie d\'un autre microquasar, XTE J1118+480. Ces observations ont permis d\'apporter des contraintes et des tests sévères aux modèles et théories décrivant les phénomènes d\'accrétion--éjection.
La suite de ce manuscrit, dans le chapitre \"Sources INTEGRAL\", concerne les systèmes binaires de grande masse récemment découverts par le satellite de rayons X et gamma INTEGRAL. Là encore, l\'originalité de mon travail provient d\'une approche multi-longueur d\'onde. Grâce à un travail d\'identification et d\'étude sur l\'ensemble du spectre électromagnétique, j\'ai pu identifier la première source détectée par ce satellite, IGR J16318-4848, comme un système binaire de grande masse contenant une étoile compagnon supergéante d\'un type rarement vu dans notre Galaxie, et enfoui derrière ce qui semble être un cocon de poussière et/ou de gaz froid. Cette source est ensuite devenue le prototype d\'une nouvelle population d\'astres émettant dans les hautes énergies, dont la découverte révolutionne notre vision sur la formation, l\'évolution et le destin des systèmes binaires de haute énergie, en remettant en cause les schémas classiques d\'évolution, et en imposant des contraintes nouvelles sur les modèles de synthèse de population. L\'étude de ces sources INTEGRAL, ainsi que les questions que pose cette nouvelle population, devraient permettre de mieux comprendre l\'évolution de l\'ensemble des systèmes binaires.
L\'approche multi-longueur d\'onde n\'est pas qu\'une technique, car elle requiert de se confronter à des phénomènes différents, émettant à des énergies différentes, et permettant de sonder diverses parties de l\'astre étudié. Ainsi, mon approche s\'est avérée toujours être ``multi-échelle\'\' au sens où j\'ai à chaque fois étudié les astres de haute énergie sous différentes coutures, et en les comparant à d\'autres astres de haute énergie. J\'ai étudié les microquasars sous différentes coutures, depuis le disque d\'accrétion au niveau de sa dernière orbite stable autour de l\'objet compact, jusqu\'à l\'interaction entre matière éjectée et milieu environnant. J\'ai comparé les microquasars à d\'autres astres de haute énergie, en commençant par les quasars, par une analogie morphologique assez évidente, dont il fallait montrer si elle était justifiée par une analogie physique, puis en continuant par les microblazars et blazars, avant de comparer les phénomènes d\'accrétion--éjection à ceux présents dans les phénomènes de sursauts gamma. Enfin, la découverte d\'une nouvelle population de sources X révélée par INTEGRAL impose d\'étudier les propriétés de l\'étoile supergéante, ainsi que le type d\'accrétion sphérique à partir du vent stellaire. Ce sont en effet principalement le type de l\'étoile et de l\'accrétion qui donnent à cette population ses caractéristiques inhabituelles.
Je finis ce manuscrit par des conclusions, ainsi que des perspectives, dans le chapitre \"Conclusion\", portant principalement sur l\'étude de la formation, de l\'évolution et de la fin de vie des systèmes binaires de grande masse, en insistant sur l\'importance de l\'environnement et de l\'interaction entre les deux composantes, sur leur évolution, et leur destin final... Je montre ainsi que l\'avenir de l\'Astrophysique des hautes énergies s\'avère radieux, avec bientôt l\'avénement du satellite GLAST, qui augmentera drastiquement le nombre d\'astres célestes de haute énergie.
Pour conclure, et avant d\'entrer dans le vif du sujet, l\'originalité de mes travaux de recherche réside donc dans l\'approche à la fois multi-longueur d\'onde et multi-échelle, qui elle-seule peut permettre de dévoiler les secrets des astres célestes émettant dans les hautes énergies... |
