Dark matter searches and diffuse gamma-ray emission with the H.E.S.S. experiment - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2010

Dark matter searches and diffuse gamma-ray emission with the H.E.S.S. experiment

De la recherche de matière noire à l'émission diffuse de rayons gamma dans l'expérience H.E.S.S.

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Abstract

Very high energy gamma-ray astronomy (E > 30 GeV), that allows to probe non-thermal processes in the universe, is a rather young field of research. Up to now, most of the objects that have been observed are point-like or have small spatial extensions. However, the interaction of cosmic rays with the interstellar medium is expected to give rise to a diffuse emission at these energies. A preliminary study of the detectability of this diffuse component by the H.E.S.S. telescope array is presented. The latter has been operating since 2004 and detects the Cherenkov light from atmospheric showers that are generated by very high enery photons. The standard On-Off background subtraction method is investigated along with the influence of the sky background noise on the recorded event rate. A second theme covered by this thesis is that of the detectability of dark matter by the H.E.S.S. experiment. This is performed using CLUMPY, a semi-analytical code developed during this thesis. The CLUMPY code calculates the gamma-ray flux from dark matter annihilation from user-defined galactic structure and sub-structure distributions. The H.E.S.S. ~15 hour long observation of the Carina dwarf spheroidal galaxy has furthermore set an upper limit at 1e-22 cm3/s for the dark matter annihilation cross section.
L'astronomie gamma de très haute énergie (E > 30 GeV) révèle la présence de processus non thermiques dans l'Univers, et est devenue une discipline à part entière depuis quelques années. La majorité des objets observés jusqu'à présent sont ponctuels ou peu étendus spatialement. Des émissions diffuses sont néanmoins attendues, issues de l'interaction des rayons cosmiques se propageant dans la Galaxie avec le milieu interstellaire. Une étude préliminaire du potentiel de détection de ces émissions est entreprise pour le réseau de télescopes H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System). Cet instrument, fonctionnant depuis 2004, détecte la lumière Cherenkov émise par les gerbes de particules atmosphériques générées par les photons de très haute énergie. La méthode classique de soustraction de fond On-Off est étudiée. L'influence du bruit de fond de ciel sur le taux d'événements enregistrés est également analysée. La deuxième thématique de cette thèse concerne le potentiel de détection de la matière noire avec l'expérience H.E.S.S. Un code (baptisé CLUMPY) basé sur une approche semi-analytique est présenté. Il permet de calculer le flux de rayons gamma en provenance de l'annihilation de particules de matière noire, pour les structures et sous-structures de la Galaxie, les distributions étant spécifiées par l'utilisateur. Finalement, l'observation par H.E.S.S. de la galaxie naine sphéroïde Carina pendant ~15h a permis de placer une limite supérieure sur la section efficace d'annihilation du neutralino à ~1e-22 cm3/s.
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Dates and versions

tel-00553807 , version 1 (09-01-2011)

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  • HAL Id : tel-00553807 , version 1

Cite

Aldée Charbonnier. De la recherche de matière noire à l'émission diffuse de rayons gamma dans l'expérience H.E.S.S.. Cosmologie et astrophysique extra-galactique [astro-ph.CO]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00553807⟩
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