Des signaux radio aux rayons cosmiques - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

From radio signals to cosmic rays

Des signaux radio aux rayons cosmiques

Résumé

Radio detection of high energy cosmic rays is currently being reinvested, both on the experimental and theoretical sides. The question is to know whether radiodetection is a competitive technique compared or in addition to usual detection techniques; in order to increase statistics at the highest energies (around 10^20 eV -- where particle astronomy should be possible) or to characterize precisely the cosmic rays at lower energies (some 10^18 eV). During this work, we tried to progress towards the answer, using radio emission models, experimental data analysis and preparing the next generation of detectors. On the theoretical side, geosynchrotron emission of the particles of the showers has been computed analytically using a simplified shower model as well as using the Monte Carlo simulation AIRES to have a realistic shower development. Various dependencies of the electric field have been extracted, among which a proportionality of the field with the -v*B vector under certain conditions. Experimentally, the analysis of CODALEMA data enabled to characterise more precisely the electric field produced by air showers, in particular the topology of the field at ground level, the energy dependency and the coherence with a -v*B proportionality. These results are summarised in an overall parametrization of the electric field. More data are probably required in order to give a definitive statement on the interest of the radiodetection technique. The CODALEMA parametrization has finally been used to extrapolate CODALEMA's results to a future larger array, extrapolation applied in particular to the AERA detector of the Pierre Auger Observatory.
La radiodétection des rayon cosmiques de haute énergie est actuellement l'objet d'une intense activité de recherche, tant sur le plan expérimental que théorique. La problématique actuelle est de savoir si elle représente une technique compétitive par rapport à ou en complément des techniques de détection classiques; aussi bien afin de couvrir les surfaces permettant d'accumuler de la statistique aux plus hautes énergies (autours de 10^20 eV -- là où l'astronomie des particules deviendrait possible) que de caractériser précisément le rayonnement cosmique à des énergies plus modérées (quelques 10^18 eV). Au cours de ce travail, nous avons tenté de nous approcher de la réponse à cette question, grâce à des modélisations de l'émission radio, à l'analyse de données expérimentales et en préparant les détecteurs à venir. Au niveau modélisation, l'émission géosynchrotron des particules des gerbes a été abordée analytiquement en utilisant un modèle de gerbe simplifiée et d'autre part avec la simulation Monte Carlo AIRES pour obtenir un développement de gerbe réaliste. Différentes dépendances du champ électrique ont été extraite, dont une proportionnalité du champ avec le vecteur -v*B sous certaines conditions. Expérimentalement, l'analyse des données du détecteur CODALEMA a permis de mieux caractériser le champ électrique produit par les gerbes, avec notamment la topologie de la distribution du champ au sol, la dépendance avec l'énergie et un champ compatible avec une proportionnalité avec -v*B. Ces différents résultats sont regroupé sous la forme d'une formule générale du champ. Davantage de données sont probablement nécessaires avant de statuer définitivement sur l'intérêt de la radiodétection. La formule obtenue grâce à CODALEMA a finalement été utilisée pour extrapoler les résultats de CODALEMA a un futur grand réseau, résultat appliqué notamment au détecteur AERA de l'Observatoire Pierre Auger.
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Dates et versions

tel-00526045 , version 1 (13-10-2010)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00526045 , version 1

Citer

Colas Rivière. Des signaux radio aux rayons cosmiques. Cosmologie et astrophysique extra-galactique [astro-ph.CO]. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00526045⟩
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