Propagation et distribution sur le ciel des rayons cosmiques d'ultra-haute<br />énergie dans le cadre de l'Observatoire Pierre Auger - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2006

Propagation and sky distribution of ultra-high energy cosmic rays within the Pierre Auger Observatory

Propagation et distribution sur le ciel des rayons cosmiques d'ultra-haute
énergie dans le cadre de l'Observatoire Pierre Auger

Éric Armengaud
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 980046
  • IdRef : 117614165

Résumé

The origin of ultra-high energy cosmic rays remains an enigma of modern
physics, which the Pierre Auger Observatory, a detector with a hybrid
detection mode and an unprecedented size, will try to solve. The direct
observation of the sources of those particles, or of large-scale structures
in the sky associated to the sources, is one of the main goals of the
observatory. Such observations should also allow to constrain cosmic ray
propagation between their sources and the Earth, which is complicated by
interactions with low-energy photon backgrounds and deflections in
astrophysical magnetic fields.
This thesis is made of two parts, in order to observe and modelize the
sources of cosmic rays within the Auger Observatory.

We begin with an extensive description of the Pierre Auger Observatory, and
study the acceptance of its surface detector in order to build accurate sky
exposure maps, an essential tool in order to study anisotropies. Then we
present methods to search for anisotropies in the sky, and analyze the
first two years of Auger data.

After a description of the phenomena that can influence the propagation and
observation of ultra-high energy cosmic ray sources, we present numerical
simulations aiming at predicting observables such as the spectrum,
anisotropies and composition measurable by Auger as a function of various
astrophysical models. We show that extragalactic magnetic fields can play a
crucial role in particular if cosmic rays are partly heavy nuclei. Finally,
we show that the propagation of these particles from a nearby source
generates secondary fluxes of gamma-rays that could be detected by TeV
gamma-ray telescopes.
L'origine des rayons cosmiques d'ultra haute énergie reste une énigme de
la physique contemporaine, que l'Observatoire Pierre Auger, détecteur
hybride d'une taille inégalée, va tenter de résoudre. L'observation
directe des sources de ces particules, ou de structures à grande échelle
sur le ciel associées à ces sources, est un des premiers objectifs de
cet observatoire. De telles observations permettront aussi de contraindre la
propagation des rayons cosmiques, qui, entre leurs sources et la Terre,
subissent d'une part des interactions sur des fonds de photons de basse
énergie, et d'autre part des déflections dans des champs magnétiques
astrophysiques.
Cette thèse comprend deux volets, afin d'observer les sources des rayons
cosmiques avec l'Observatoire Auger et de les modéliser.

Nous commençons par décrire en détail l'Observatoire Pierre Auger,
et nous intéressons ensuite à l'acceptance de son détecteur de surface
afin de pouvoir construire des cartes de couverture précise du ciel, outil
indispensable à l'étude des anisotropies. Nous présentons ensuite des
méthodes de recherche d'anisotropies sur le ciel, et analysons les deux
premières années de prise de données de l'Observatoire.

Après une description des phénomènes susceptibles d'influencer la
propagation et l'observation de sources de rayons cosmiques d'ultra-haute
énergie, nous présentons des simulations numériques destinées à
prédire des observables telles que le spectre, les anisotropies et la
composition mesurables par Auger, en fonction de différents modèles
astrophysiques. Nous montrons que les champs magnétiques extragalactiques
peuvent jouer un rôle crucial, surtout si les rayons cosmiques sont en
partie des noyaux lourds. Enfin, nous montrons que la propagation de ces
particules depuis une source proche génère des flux secondaires de
rayons gamma qui pourront être détectés par des télescopes gamma au
TeV.
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Dates et versions

tel-00078124 , version 1 (02-06-2006)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00078124 , version 1

Citer

Éric Armengaud. Propagation et distribution sur le ciel des rayons cosmiques d'ultra-haute
énergie dans le cadre de l'Observatoire Pierre Auger. Physique mathématique [math-ph]. Université Paris-Diderot - Paris VII, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00078124⟩
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