Stereoscopy of gamma-ray showers with the H.E.S.S. telescopes: first images of shell-type supernova remnants at TeV - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2006

Stereoscopy of gamma-ray showers with the H.E.S.S. telescopes: first images of shell-type supernova remnants at TeV

Stéréoscopie de gerbes de gamma avec les télescopes H.E.S.S.: premières images de vestiges de supernovae au TeV

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Marianne Lemoine-Goumard
  • Function : Author
  • PersonId : 834617

Abstract

The H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) experiment in gamma-ray Astronomy consists of four imaging atmospheric Cherenkov telescopes devoted to the observation of the gamma-ray sky in the energy domain above 100 GeV and extending up to several tens of TeV.
This thesis presents a new reconstruction method of gamma-ray induced air showers which takes full advantage of the stereoscopy and of the fine-grain imaging of the H.E.S.S. cameras. This new method provides an angular resolution better than 0.1°, an energy resolution of about 15% at zenith and a very efficient hadronic rejection based on a cut on the lateral spread of the electromagnetic shower which does not depend on simulations.
A new background subtraction method, well adapted to the study of extended sources, was also developed. No assumption, either on the distribution of gamma-rays in the field of view, or on the distribution of hadrons are necessary. It provides two skymaps obtained from a maximum likelihood fit: one for gamma-rays and the other for hadrons.
These two analysis methods were applied to the study of the shell-type supernova remnants RX J1713.7-3946 and RX J0852.0-4622 (Vela Junior), allowing for the first time to resolve their morphology in the gamma-ray domain. The study of these sources should answer the question: ``can shell-type supernova remnants accelerate cosmic-rays up to the knee (5*10^15 eV) ?''. A morphological and spectral study of these sources combined with a comparison of a simple model of emission processes (from electrons and protons accelerated in supernova remnants) provides some constraints on the parameters of the leptonic process. Nevertheless, this scenario cannot be excluded. The different results obtained are discussed and compared with a third shell-type supernova remnant observed by H.E.S.S. but not detected: SN 1006.
Le système de télescopes H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) est une expérience d'Astronomie gamma constituée de quatre imageurs Tcherenkov atmosphériques destinés à observer le ciel gamma dans le domaine d'énergies supérieures à 100 GeV et s'étendant jusqu'à quelques dizaines de TeV.
Cette thèse présente une nouvelle méthode de reconstruction des gerbes électromagnétiques qui utilise l'ensemble de l'information fournie par la stéréoscopie et la haute définition des caméras de H.E.S.S.. Cette nouvelle méthode permet d'obtenir une résolution angulaire meilleure que le dixième de degré, une résolution en énergie de l'ordre de 15% au zénith, ainsi qu'un rejet hadronique très efficace à partir d'une coupure sur la largeur transverse de la gerbe reconstruite, et qui ne dépend d'aucune simulation.
Une nouvelle méthode de soustraction du fond hadronique adaptée à l'étude des sources étendues a aussi été mise en oeuvre. Cette méthode ne fait aucune hypothèse sur la distribution du fond hadronique ni sur le contenu en gamma de la région du ciel étudiée. Elle permet d'obtenir, par un maximum de vraisemblance, deux cartes globales: l'une pour la distribution des gamma dans le champ de vue, et l'autre pour la distribution des hadrons.
Ces deux nouvelles méthodes ont été appliquées à l'analyse des vestiges de supernovae RX J1713.7-3946 et RX J0852.0-4622 (Vela Junior), et ont permis de résoudre leur morphologie pour la première fois dans le domaine gamma. L'étude de ces sources a un objectif fondamental: permettre de savoir si les vestiges de supernovae sont bien des accélérateurs des rayons cosmiques, au moins jusqu'au domaine du genou (5*10^15 eV). Une étude morphologique et spectrale de ces sources conjointement à une comparaison avec un modèle simple des émissions gamma (à partir d'électrons ou de protons accélérés dans les vestiges de supernovae) a permis de contraindre les paramètres des modèles leptoniques. Toutefois, ce modèle n'a pu être exclu. Les différents résultats obtenus sont discutés et comparés au cas d'un troisième vestige de supernova à coquille observé par H.E.S.S. mais non détecté: SN 1006.
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Dates and versions

tel-00088492 , version 1 (02-08-2006)

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  • HAL Id : tel-00088492 , version 1

Cite

Marianne Lemoine-Goumard. Stéréoscopie de gerbes de gamma avec les télescopes H.E.S.S.: premières images de vestiges de supernovae au TeV. Cosmologie et astrophysique extra-galactique [astro-ph.CO]. Ecole Polytechnique X, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00088492⟩
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