Published November 22, 2018 | Version v1
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X-ray echoes in the central molecular zone. A History of the Galactic black hole activity over the past thousand years

Description

Like most massive galaxies, the Milky Way hosts a supermassive black hole at its centre. In contrast with active galaxies, the luminosity of its radiative counterpart - the source Sagittarius A* - is almost nine orders of magnitude below the Eddington limit. However, there are several indications that the black hole may have been more active in the past. In particular, the giant clouds located within the central molecular zone reflect X-rays emitted during the most recent outbursts. The study we present here focuses on these light echoes that are key to probing the past activity of the Galactic nucleus over the past thousand years. Using the X-ray observatories Chandra and XMM-Newton, we confirm the reflection origin of the non-thermal, diffuse emission from the molecular complex Sagittarius C. The localisation of each bright clump is made possible by the use of Monte Carlo-simulated reflection spectra, notably the rayflX model we specifically designed for the study of the reflection phenomenon and its time behaviour. Considering eight clouds from the main molecular complexes of the Galactic central regions, this work provides with a high confidence level the first quantitative evidence that Sgr A* experienced two powerful outbursts, whose age, duration and luminosity can be estimated. These results place new constraints on the black hole duty cycle and pave the way for a tomographic reconstruction of the matter distribution at the Galactic centre. (author)

Abstract (French)

Comme la plupart des galaxies massives, la Voie lactee heberge en son centre un trou noir supermassif. Contrairement aux noyaux actifs, celui-ci brille par la faiblesse de sa contrepartie radiative, la source Sgr A*, dont la luminosite est inferieure de pres de neuf ordres de grandeur a la luminosite limite d'Eddington. Plusieurs traces indirectes suggerent cependant que le trou noir galactique a connu des episodes d'activite plus intense dans le passe. La reflexion des rayons X emis lors des plus recents de ces episodes est notamment observee aujourd'hui sur les nuages de la zone moleculaire centrale. A partir de l'observation de ces echos de lumiere, cette etude offre une vision unique de l'activite du noyau galactique au cours du dernier millenaire. Elle confirme en particulier que l'emission non thermique diffuse du complexe moleculaire Sagittarius C, etudiee avec les satellites Chandra et XMM-Newton, resulte bien du phenomene de reflexion. La localisation individuelle des structures brillantes est rendue possible par l'utilisation de modeles spectraux Monte-Carlo, dont le modele rayflX developpe specifiquement pour rendre compte du phenomene de reflexion et, notamment, de ses aspects temporels. a partir des spectres de huit nuages issus des quatre principaux complexes moleculaires des regions centrales de la Galaxie, ce travail fournit la premiere preuve quantitative avec un haut niveau de confiance de l'existence de deux sursauts d'activite de Sgr A* se propageant dans la zone moleculaire centrale, dont l'age, la duree et la luminosite peuvent etre determines. Ces resultats fournissent de nouvelles contraintes pour l'etude du cycle d'activite de Sgr A* et ouvrent la voie a une caracterisation par tomographie de la distribution de matiere au centre de notre galaxie

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Original title (French)
Echos X dans la zone moleculaire centrale. Une histoire de l'activite du trou noir galactique au cours du dernier millenaire

Publishing Information

Imprint Pagination
221 p.
Report number
FRCEA-TH--14382

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Notes
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