Study of the Sensitivity of the H.E.S.S. 2 Experiment below 300 GeVandIndirect Search of Dark Matter with the H.E.S.S. Data - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2010

Study of the Sensitivity of the H.E.S.S. 2 Experiment below 300 GeVandIndirect Search of Dark Matter with the H.E.S.S. Data

Étude de la sensibilité de H.E.S.S. 2 en dessous de 300 GeV et recherche indirecte de matière noire dans les données de H.E.S.S.

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Julien Masbou

Abstract

The H.E.S.S. telescope (High Energy Stereoscopic System) is an experiment of four imaging Cherenkov Telescope looking on gamma rays from 100GeV to 100TeV. In 2012, the experiment will be upgrades in a second phase with a fifth telescope of 28 m of diameter in the center of the existing system. At the threshold of 15 GeV, electromagnetic shower will be detected only by this big telescope so a new data analysis is needed. A new method based on a multidimensional analysis has been developed. Therefore, the energy of electromagnetic shower is well reconstructed with a good discrimination down to 30 GeV. At low energy, the sensitivity will be at few percent of the Crab in 50 hours. This new method has been tested on H.E.S.S. data and is very competitive with respect to the other energy reconstruction methods; an extension for stereoscopic events is also shown. The calibration processes and the results of tests of photomultipliers are described. A propagation model of cosmic rays has been developed to study diffuse gamma ray emission. Protons and helium nuclei have been propagated in the galaxy to estimate the emission of neutral pion decays after an interaction with the interstellar medium. The map production is described form the beginning to the end. I have estimated the sensitivity of H.E.S.S. to the prediction of the model. The Sagittarius dwarf galaxy is study as a dark matter dominated object. I used the most efficient analysis of the H.E.S.S collaboration and decomposed the data as a function of the zenith angle to decrease the energy threshold.
Le système de télescopes H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) est une expérience constituée de quatre imageurs Cherenkov atmosphériques destinés à observer les rayons gamma de plus de 100 GeV et jusqu'à quelques dizaines de TeV. En 2012, une seconde phase de l'expérience consistera en l'ajout d'un cinquième télescope de 28 mètres de diamètre au centre du système existant. Au seuil de déclenchement de 15 GeV, les événements ne seront visibles que par ce grand télescope, une nouvelle méthode de reconstruction est proposée. A l'aide de plusieurs réseaux de neurones, l'énergie de gerbes électromagnétiques est bien reconstruite avec une discrimination du fond hadronique efficace à partir de 30 GeV. A basse énergie, la sensibilité totale permettra de détecter une source de quelques pourcent du Crabe en 50 heures. Cette méthode est testée sur les données de H.E.S.S. et s'avère compétitive ; une extension est présentée pour les événements stéréoscopiques. Les tests mis en place pour l'étalonnage des photomultiplicateurs sont présentés ainsi que les résultats obtenus. Un modèle de propagation de rayons cosmiques a été développé pour étudier l'émission du fond diffus gamma. Pour cela, il a fallu propager les protons et les noyaux hélium dans la galaxie et estimer le taux de pions neutres issus des interactions avec le milieu. La méthode de génération des cartes est décrite jusqu'à leur établissement. Dans le cas de H.E.S.S., j'ai estimé les sensibilités pour les comparer aux flux prédits par la modélisation. La galaxie naine sphéroïdale du Sagittaire a été étudiée comme source présumée de matière noire. Pour cela, les données ont été réparties en angles zénithaux similaires pour étudier l'effet du seuil de l'analyse dans les observations en utilisant les analyses les plus performantes de la collaboration H.E.S.S. Les sensibilités de détection ont été améliorées. Aucun excès d'événements notable n'a été observé.
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Dates and versions

tel-00623972 , version 1 (15-09-2011)

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  • HAL Id : tel-00623972 , version 1

Cite

Julien Masbou. Étude de la sensibilité de H.E.S.S. 2 en dessous de 300 GeV et recherche indirecte de matière noire dans les données de H.E.S.S.. Cosmologie et astrophysique extra-galactique [astro-ph.CO]. Université de Savoie, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00623972⟩
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