L'une des questions actuellement en suspens en astrophysique concerne la formation et l'évolution des trous noirs supermassifs (SMBH). Ces trous noirs, dont la masse est comprise entre 100 000 et 10 000 000 000 M⊙, jouent un rôle majeur dans l'Univers, car ils se trouvent au centre de la plupart des galaxies, même à un redshift très élevé (z>8). Bien qu'il n'existe actuellement aucun modèle globalement accepté pour expliquer la formation des SMBH, on pense qu'ils se sont formés à partir de graines de trous noirs massifs d'une masse comprise entre 100 et 100 000 M⊙, d'une accrétion super-Eddington, de fusions répétées ou d'une combinaison de ces processus. Les fusions de trous noirs de 100 à 100 000 M⊙ joueraient un rôle clé dans la formation des SMBH. Ces trous noirs binaires massifs (MBHB) se formeraient naturellement au cours de l'évolution des galaxies. En effet, lorsque deux galaxies fusionnent, leurs trous noirs centraux s'enfoncent vers le centre de masse de la galaxie résultante, créant finalement un MBHB. Le premier observatoire spatial d'ondes gravitationnelles (GW), LISA, dont le lancement est prévu au cours de la prochaine décennie, observera la signature GW de ces MBHB, responsables de la formation des SMBH observés. Cependant, il est possible, avant LISA, de rechercher des candidats MBHB à l'aide des relevés électromagnétiques actuels et archivés. En effet, le spiralement des MBHB devraient présenter une variabilité détectable pendant l'orbite des deux trous noirs. L'objectif de ma thèse était de rechercher des candidats MBHB en recherchant une variabilité continue dans les observations électromagnétiques. Dans cette étude, je m'intéresse principalement à l'émission émise par les noyaux actifs de galaxie (AGN), qui sont des trous noirs massifs accrétant au centre des galaxies, afin de trouver des candidats MBHB. Cependant, étudier la variabilité des AGN afin de trouver une signature périodique est difficile puisque le processus d'accrétion complexe et turbulent génère une modulation stochastique. A cette fin, j'ai utilisé les observations électromagnétiques dans deux domaines de longueur d'ondes, l'optique et les X, pour rechercher des périodicités continues dans l'émission de sources coïncidant avec le centre de galaxies. Tout d'abord, j'ai étudié la courbe de lumière optique de sources variable dans le centre de galaxies en utilisant deux relevés optiques, le Catalina Real-Time Transient Survey (CRTS) et le Zwicky Transient Facility (ZTF). J'ai couplé les observations effectuées par ces deux relevés optique et procéder à une recherche de modulation sinusoïdale continue dans la courbe de lumière combinée de ces sources. Durant ce travail, j'ai pu proposer un échantillon de 36 candidats MBHB. De plus, un des candidats fut spécifiquement observé par deux télescopes X, XMM-Newton et NuSTAR. L'étude de l'émission X de ce candidat a montré des signes additionnels de la présence d'un MBHB. Enfin, afin de trouver des candidats MBHB approchant la fusion, j'ai recherché des modulations périodiques dans les observations X fait par le télescope XMM-Newton. Grâce à cette recherche dans le domaine X, j'ai pu proposé 441 candidats MBHB, 12 d'entre eux avec un haut degré de significativité, au dessus de l'intervalle de confiance à 5σ, et qui pourraient fusionné durant le temps de fonctionnement de LISA. |
One of the current open question in Astrophysics is the formation and evolution of Supermassive black hole (SMBH). These black holes, with masses between 100 000 and 10 000 000 000 M⊙ play a major role in the Universe as they lie in the centre of most galaxies, even at very high redshift (z>8). While there is currently no widely accepted model to explain the formation of SMBH, they are thought to be formed from massive black hole seeds of mass between 100 and 100 000 M⊙, super-Eddington accretion, repeated mergers or a combination of these processes. Mergers of 100 to 100 000 M⊙ black hole seeds are thought to play a key role in the formation of SMBH. These so-called Massive black hole binary (MBHB) are expected to form as a natural by-product of galaxy evolution. Indeed, when two galaxy merge their central black holes sink towards the centre of mass of the resulting galaxy, ultimately creating a MBHB. The first spaced-based Gravitational wave (GW) observatory LISA, expected to be launched during the next decade, will observe the GW signature of these MBHB, responsible for the formation of the observed SMBH. However, it is possible prior to LISA, to search for MBHB candidates using current and archival electromagnetic surveys. Indeed, inspiraling MBHB are expected to display a detectable variability during the orbit of the two black holes. The goal of my PhD was to search for MBHB candidates looking for sustained variability in electromagnetic observations. In this study, I am mainly interested in the emission of Active Galactic Nucleus (AGN), which are accreting massive black hole in the centre of galaxies, to find MBHB candidates. However, studying the time variability of AGN to find a periodic signature is difficult as the complex, turbulent accretion process in AGN generates a stochastic modulation. To this end, I used electromagnetic observations in two frequency range, optical and X-rays, to search for continuous periodicities in the emission of sources coinciding with the centre of galaxies. Firstly, I investigated the optical light curve of variable sources in the centre of galaxies using two optical surveys, the Catalina Real-Time Transient Survey (CRTS) and the Zwicky Transient Facility (ZTF). I coupled the observations made by these two optical surveys and performed a search for sustained sinusoidal variability within the combined optical light curve of the sources. During this work I was able to propose a sample of 36 MBHB candidates. Moreover, one of the candidates got dedicated X-ray observation time with two telescopes, XMM-Newton and NuSTAR. The study of the X-ray emission of this candidate shows additional hints of the presence of a MBHB. Finally, in order to find MBHB candidates approaching merger, I searched for periodic patterns in the X-ray observations made by the XMM-Newton telescope. Thanks to this search in the X-ray domain, I was able to propose 441 MBHB candidates, 12 of them with a high significance, above the 5σ confidence level, and that might merge during LISA operating time. |