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Etalonnage des cameras de l'experience d'astronomie gamma H.E.S.S. et observations du Centre Galactique au-dela de 100 GeV

By Loic ROLLAND

Abstract

Membres du jury M. Jean-Eudes AUGUSTIN M. Michel CASSE rapporteur M. Werner HOFMANN M. Michael JOYCE president de these Mme Sylvie LEES-ROSIER Mme Tiina SUOMIJARVI rapporteur M. Jean-Paul TAVERNETThe H.E.S.S. experiment (High Energy Stereoscopic System) consists of four imaging atmospheric Cherenkov telescopes to study the southern astrophysical sources above 100 GeV. This thesis presents the detector as well as the analysis chain. The calibration methods are described in details and the systematic errors on the image amplitude are derived. Then, an analysis based on a semi-analytical model of the electromagnetic shower development in the atmosphere is presented. Tools to reconstruct the energy spectrum and the morphology of the very high energy gamma-ray sources are presented and applied to the Crab Nebula. Systematic errors associated to the spectrum analysis are estimated. All these techniques were applied to study the Galactic Centre emission above 100 GeV. The nature of the source detected in 2003 and 2004 obervations is still unknown and its spectrum, variability and morphology are studied. Various candidates are proposed, among them the supermassive black hole Sgr A* located at the dynamical centre of the Milky Way, the supernova remnant Sgr A Est or interactions of accelerated particles with the dense medium of this region. In this thesis, the signal was interpreted in terms of dark matter annihilation (neutralinos or Kaluza-Klein bosons) in a dense halo located at the Galactic Centre. This analysis showed that, in the framework of these models, dark matter annihilation alone can not explain the H.E.S.S. signal. The main componant would thus come from astrophysical sources.L'experience H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) est constiture de quatre imageurs Cherenkov atmospheriques dedies a l'observation de sources astrophysiques de l'hemisphere austral emettant des photons au-dela de 100 GeV. Cette these presente le fonctionnement de cet instrument ainsi que toute la chaine d'analyse associee. Les methodes d'etalonnage du systeme sont detaillees et les erreurs systematiques sur l'amplitude des images sont estimees. Ensuite, une methode d'analyse des donnees, basee sur un modele semi-analytique de developpement des gerbes electromagnetiques dans l'atmosphere, est expliquee. Des methodes de reconstruction du spectre en energie et de la morphologie des sources de gamma haute energie sont presentees puis appliquees a la Nebuleuse du Crabe. Les erreurs systematiques associees a l'analyse spectrale sont estimees. Cette chaine d'analyse est ensuite utilisee pour etudier l'emission du Centre Galactique au-dela de 100 GeV. Les differentes observations menees en 2003 et 2004 ont mis en evidence un signal dont l'origine n'est pas encore connue. Le spectre, la variabilite et la morphologie de la source sont etudies. De nombreux candidats sont proposes, en particulier le trou noir supermassif Sgr A* situe au centre dynamique de la Voie Lactee, le reste de supernova Sgr A Est ou des interactions de particules accelerees sur le milieu dense de cette region. Dans cette these, le signal est interprete comme provenant de l'annihilation de particules de matiere noire non baryonique (neutralinos ou bosons de Kaluza-Klein) dans un halo dense situe au Centre Galactique. Cette analyse indique que le signal ne provient pas exclusivement d'annihilation de matiere noire dans le cadre des modeles etudies, et que la composante dominante serait donc de nature astrophysique

Topics: very high energy gamma-ray astronomy, imaging atmospheric Cherenkov, calibration, spectral and angular reconstructions, Galactic Centre, dark matter, supersymmetry, H.E.S.S, astronomie gamma de trees haute eenergie, imagerie Cherenkov atmospherique, HESS, H.E.S.S., etalonnage, reconstructions spectrale et morphologique, Centre Galactique, matiere noire, supersymetrie, neutralino, Kaluza-Klein, [SDU.ASTR] Sciences of the Universe [physics]/Astrophysics [astro-ph], [PHYS.ASTR.CO] Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph]/Cosmology and Extra-Galactic Astrophysics [astro-ph.CO], [PHYS.HEXP] Physics [physics]/High Energy Physics - Experiment [hep-ex]
Publisher: HAL CCSD
Year: 2005
OAI identifier: oai:HAL:tel-00010019v1
Provided by: Hal-Diderot
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