Observations du centre galactique et recherche de signaux exotiques avec H.E.S.S. PDF Download

Author: Matthieu Vivier
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Book Description
L’astronomie gamma des très hautes énergies a pour but d’étudier l’origine du rayonnement cosmique. Cette nouvelle discipline, née il y a une trentaine d’années, sonde les mécanismes d’accélération des particules chargées dans divers objets astrophysiques (pulsars, trous noirs, reste de supernovae...) via leur émission gamma . L’astronomie gamma est aussi un formidable moyen pour la recherche de phénomènes exotiques et de nouvelle physique. Cette thèse se penche sur trois sujets de physique fondamentale qui peuvent être étudiés des très hautes énergies : l’accélération des particules chargée au voisinage d’un trou noir supermassif, l’évaporation de trous noirs primordiaux, et enfin la recherche indirecte de matière noire. Le support commun à toutes ces études est l’analyse des données récoltées par l’expérience HESS (High Energy Stereoscopic System) qui observe le ciel dans le domaine des photons gamma d’énergie supérieure à 100 GeV. Cette thèse présente tout d’abord les aspects et les enjeux de l’astronomie gamma des très hautes énergies ainsi que le fonctionnement du détecteur HESS. Les méthodes d’analyse utilisées dans la suite pour interpréter les données sont aussi détaillées. Un premier sujet lié à l’astrophysique des trous noirs est abordé dans cette thèse, et concerne les observations par HESS de la région du Centre Galactique. Les observations menées depuis 2004 ont mis en évidence une émission gamma dont l’origine reste inconnue. Le spectre et la variabilité de la source gamma sont étudiés en détails pour essayer d’interpréter le signal gamma en terme d’accélération de particules au voisinage de Sgr A*, le trou noir supermassif situé au centre dynamique de la Voie Lactée. L’ensemble des données récoltées par HESS est ensuite utilisé pour la recherche de sursauts de photons gamma signant l’évaporation de trous noirs primordiaux. Les trous noirs primordiaux sont des objets exotiques qui peuvent avoir été créés lors des tous premiers instants de l’Univers. L’émission gamma au Centre Galactique empêche la détection d’un éventuel signal de matière noire. A l’instar du Centre Galactique, les galaxies naines sphéroïdales du groupe local sont des objets dépourvus de fond astrophysique et sont donc des cibles intéressantes. Dans la dernière partie de cette thèse, une présentation synthétique de nos connaissances actuelles sur les propriétés de la matière noire est faite. Les données prises par HESS en direction de la galaxie naine Canis Major du Sagittaire, sont alors interprétées en terme d’annihilation de matière noire pour dériver des contraintes sur des modèles de physique des particules susceptibles de décrire ses propriétés.