Constraining photon dispersion relations from observations of the Vela pulsar with H.E.S.S

Some approaches to Quantum Gravity (QG) predict a modification of photon dispersion relations due to a breaking of Lorentz invariance. The effect is expected to affect photons near an effective QG energy scale. This scale has been constrained by observing gamma rays emitted from variable astrophysical sources such as gamma-ray bursts and flaring active galactic nuclei. Pulsars exhibit a periodic emission of possibly ms time scale. In 2014, the H.E.S.S. experiment reported the detection down to 20 GeV of gamma rays from the Vela pulsar having a periodicity of 89 ms. Using a likelihood analysis, calibrated with a dedicated Monte-Carlo procedure, we obtain the first limit on QG energy scale with the Vela pulsar. In this paper, the method and calibration procedure in use will be described and the results will be discussed.Comment: 7 pages, 4 figures, In Proceedings of the 34th International Cosmic Ray Conference (ICRC2015), The Hague (The Netherlands

Rapid variability at very high energies in Mrk 501

A major flaring state of the BL Lac object Mrk 501 was observed by the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) in June, 2014. Flux levels higher than one Crab unit were recorded and rapid variability at very high energies ($\sim$2-20 TeV) was revealed. The high statistics afforded by the flares allowed us to probe the presence of minutes timescale variability and study its statistical characteristics exclusively at TeV energies owing to the high energy threshold of approximately 2 TeV. Doubling times of a few minutes are estimated for fluxes greater than 2 TeV. Statistical tests on the light curves show interesting temporal structure in the variations including deviations from a normal flux distribution similar to those found in the PKS 2155-304 flare of July 2006, at nearly an order of magnitude higher threshold energy. Rapid variations at such high energies put strong constraints on the physical mechanisms in the blazar jet.Comment: In Proceedings of the 34th International Cosmic Ray Conference (ICRC2015), The Hague, The Netherland

Recherche du rayonnement gamma diffus galactique autour de 100 GeV dans l'expérience à effet Tcherenkov atmosphérique CELESTE

de l'émission gamma diffuse galactique est un sujet d'intérêt majeur en astronomie gamma au-delà du GeV. Elle permet l'étude des mécanismes d'accélération et de propagation des rayonnements cosmiques chargés de notre Galaxie. Face au peu de mesures de cette émission au-dessus de 10 GeV, nous avons entrepris de rechercher la composante gamma diffuse dans les données hors-source de CELESTE, premier télescope à effet Tcherenkov atmosphérique à avoir un seuil en énergie en dessous de 100 GeV. Situé dans les Pyrénées-Orientales, à 1650 m d'altitude, CELESTE a utilisé, de 1999 à 2004, entre 40 et 53 héliostats de 54 m2 de l'ancienne centrale électro-solaire Thémis, ainsi que la tour de 100 m au sommet de laquelle étaient installés une optique secondaire, des photomultiplicateurs et une électronique d'acquisition permettant l'échantillonnage du signal Tcherenkov au GigaHertz. Du fait d'un fond hadronique isotrope dominant à cause des gerbes initiées par des protons et des ions cosmiques, l'acquisition des données s'effectuait en pointant le télescope en direction de la source (prise de données ON), puis dans une région test où aucun signal n'est attendu, en effectuant le même suivi sur le ciel (prise de données OFF). Le signal gamma était alors extrait en effectuant la soustraction ON-OFF des données après coupures d'analyse sur des variables construites sur des propriétés géométriques et temporelles du front d'onde Tcherenkov, permettant ainsi la discrimination entre les candidats électromagnétiques et hadroniques. La méthode d'analyse utilisée est basée sur un estimateur composé construit à partir de variables discriminantes. Les comparaisons de MC gamma en provenance de la nébuleuse du Crabe et du blazar Markarian 421 avec les données ON-OFF ont permis de valider l'accord entre simulations et données. La simulation nous a également permis d'estimer le taux de gamma diffus attendu, situé entre 0,2 et 1,4 gamma/min, selon l'indice spectral des gamma diffus considéré. Notre travail d'association par paires OFF-OFF a été réalisé en deux étapes. Une première étape a consisté à vérifier l'absence d'effet systématique significatif en comparant paire par paire deux OFF pris à des dates différentes dans des régions de hautes latitudes galactiques où aucun signal gamma diffus n'était décelable, et sélectionnés selon des critères de stabilité de l'acquisition et de l'atmosphère, pour des pointés identiques. La deuxième étape, visant à rechercher un excès d'événements dans le plan galactique, a consisté à associer en paires les OFF de la nébuleuse du Crabe dont l'un des membres est situé à une latitude |l| 100 eV) = 5,5 x 10-3 m-2 s-1 sr-1MONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

Gamma-rays as probes of the Universe

International audienceThe propagation of γ rays over very large distances provides new insights on the intergalactic medium and on fundamental physics. On their path to the Earth, γ rays can annihilate with diffuse infrared or optical photons of the intergalactic medium, producing e+e− pairs. The density of these photons is poorly determined by direct measurements due to significant galactic foregrounds. Studying the absorption of γ rays from extragalactic sources at different distances allows the density of low-energy diffuse photons to be measured. Gamma-ray propagation may also be affected by new phenomena predicted by extensions of the Standard Model of particle physics. Lorentz Invariance is violated in some models of Quantum Gravity, leading to an energy-dependent speed of light in vacuum. From differential time-of-flight measurements of the most distant γ -ray bursts and of flaring active galactic nuclei, lower bounds have been set on the energy scale of Quantum Gravity. Another effect that may alter γ -ray propagation is predicted by some models of String Theory, namely the mixing of the γ ray with a light fundamental boson called an “axion-like particle”, which does not interact with low-energy photons. Such a mixing would make the Universe more transparent to γ rays than what would otherwise be, in a sense it decreases the amount of modification to the spectrum that comes from the extragalactic background light. The present status of the search for all these phenomena in γ -ray astronomy is reviewed

Détection des gamma dans l'expérience AMS et analyse temporelle des sursauts gamma par la mission HETE-2

MONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

Recherche de matière noire au sein de l'expérience EDELWEISS avec des bolomètres germanium à double composante ionisation/chaleur (Rejet des évènements de surface avec la voie ionisation)

L'expérience EDELWEISS est une expérience de détection directe de matière noire avec des détecteurs de germanium ultrapur avec double composante ionisation/chaleur. Le principal problème de cette expérience est l'élimination du bruit de fond lié aux évènements provenant des surfaces du détecteur. La solution proposée dans cette thèse est basée sur le principe de détecteurs à grilles coplanaires qui permettent un rejet des évènements de surface avec des signaux d'ionisation. On détaille la conception, les tests spécifiques avec différentes sources radioactives en laboratoire de surface et en site souterrain (Laboratoire Souterrain de Modane), ainsi qu'un cadre théorique relativement simple (basé sur l'étude de cartes de champ du bolomètre) qui permettent de rendre compte d'un grand nombre d'observations effectuées. Les résultats obtenus avec ces détecteurs sont extrêmement encourageants car ils démontrent de très bonnes capacités de rejet des évènements de surface (supérieures à 99.998%). A cause de ces performances, EDELWEISS a donc décidé d'utiliser ce type de détecteur pour équiper l'expérience.EDELWEISS is a direct dark matter search with germanium bolometers with double component ionization/heat. The main limitation of the experiment comes from events appearing at the surfaces of the detectors. The solution proposed in this PhD is based on the principle of coplanar grid detectors that allow a surface event rejection with ionization signals. We present the conception, the dedicated tests made with different radioactive sources in a surface laboratory and in the underground laboratory of Modane (LSM), and a theoretical interpretation of this detector based on electric fiedmap of the detector that . The results of this detector are extremely encouraging because they show very good surface event rejection (better than 99.998%). Looking this performances, EDELWEISS choozed this kind of detector to equip the experiment.MONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

Performance du calorimètre du "large area telescope" de l'observatoire spatial GLAST pour rejet du fond de protons cosmiques (étude d'un modèle de sursauts gamma à composantes leptonique et hadronique et prédiction d'observation avec GLAST)

MONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

Spectral characteristics of Mrk 501 during the 2012 and 2014 flaring states

International audienceObservations at Very High Energies (VHE, E > 100 GeV) of the BL Lac object Mrk 501 taken with the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) in four distinct periods between 2004 and 2014 are presented, with focus on the 2012 and 2014 flaring states. The source is detected with high significance above $\sim$ 2 TeV in $\sim$ 13.1 h livetime. The observations comprise low flux states and strong flaring events, which in 2014 show a flux level comparable to the 1997 historical maximum. Such high flux states enable spectral variability and flux variability studies down to a timescale of four minutes in the 2-20 TeV energy range. During the 2014 flare, the source is clearly detected in each of these bins. The intrinsic spectrum is well described by a power law of index $\Gamma=2.15\pm0.06$ and does not show curvature in this energy range. Flux dependent spectral analyses show a clear harder-when-brighter behaviour. The high flux levels and the high sensitivity of H.E.S.S. allow studies in the unprecedented combination of short timescales and an energy coverage that extends significantly above 20 TeV. The high energies allow us to probe the effect of EBL absorption at low redshifts, jet physics and LIV. The multiwavelength context of these VHE observations is presented as well