Recherches d'accélérateurs de protons dans la Galaxie avec le Fermi-LAT et les télescopes H.E.S.S.

Abstract

L'émergence de l'astronomie gamma; a permis d'approfondir nos connaissances sur l'origine des rayons cosmiques et sur les mécanismes responsables de leur accélération. Malgré les preuves observationnelles qui montrent que les vestiges de supernovæ et les nébuleuses à vent de pulsars sont des accélérateurs d'électrons efficaces, les traces de l’accélération des protons, composant 90% des rayons cosmiques, se font beaucoup plus rares.Cette thèse présente l'analyse des sources HESS J1640-465 et du candidat PeVatron HESS J1641-463 en utilisant les données au GeV du satellite Fermi afin de contraindre les processus d'émission et la nature de ces sources. Cette analyse a révélé que leurs émissions multi-longueur d'onde sont très bien modélisées par des systèmes composés d'un pulsar et de sa nébuleuse, dans lesquels des électrons de haute énergie diffusent sur les champs de photons ambiants par diffusion Compton inverse. En revanche, l'analyse complémentaire des données du réseau de télescopes Tcherenkov H.E.S.S. fournit des arguments en faveur d'un scénario autoconsistant dans lequel l'émission au TeV des deux sources est produite par l'interaction de protons de haute énergie avec des nuages moléculaires. Ce scénario explique à lui seul le spectre gamma; très dur de HESS J1641-463 au TeV, ainsi que celui d'une nouvelle source détectée en coïncidence avec un nuage moléculaire liant ces sources: PNM 4041.Dans le cadre de l'étude du candidat PeVatron HESS J1641-463, une amélioration de la chaine d'analyse Model++ de H.E.S.S a également été développée. La récupération des images de gerbes électromagnétiques coupées, non considérées jusqu'à présent, permet d'améliorer la surface efficace de tous les profils d'analyse de Model++ tout en conservant une résolution angulaire inférieure à 0.1° jusqu'à 50 TeV. En modifiant légèrement les valeurs des paramètres utilisés dans Model++, la récupération de ces évènements améliore la significativité, le nombre de photons ɣ et le ratio signal sur bruit quel que soit l'angle zénithal des sources observées. Une optimisation dédiée à la haute énergie a été réalisée dans le but de maximiser la significativité de sources au-dessus de 5 TeV pour la recherche et l'étude de PeVatrons galactiques. Cette optimisation améliore la surface efficace de plus de 85% à 80 TeV à faible angle zénithal par rapport au profil Faint de H.E.S.S., tout en conservant une très bonne résolution angulaire et énergétique.