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Thèse Année : 2004

Sursauts Gamma et Rayons Cosmiques

Gamma-Ray Bursts and Cosmic Rays

Denis Gialis
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 980198

Résumé

Les sursauts gamma sont parmi les phénomènes les plus énergétiques présents dans l'Univers. Leurs principales propriétés observationnelles et théoriques sont tout d'abord rappelées. Elles permettent d'envisager l'accélération de particules, ou rayons cosmiques, suivant des mécanismes de Fermi, via un choc externe ultra-relativiste mais également via des chocs internes. Le régime diffusif de Bohm, habituellement utilisé pour décrire l'accélération des rayons cosmiques dans les chocs internes, s'avère inapproprié et reste incompatible avec les observations et le modèle standard associé. Une autre hypothèse, plus aboutie sur le plan théorique, est considérée ici: celle d'un régime diffusif associé à une turbulence de type Kolmogorov. Ce dernier conduit, malheureusement, à un processus d'accélération bien moins efficace, qui reste incapable de produire des rayons cosmiques ultra-énergétiques ($>10^{19}$ eV). Les conséquences d'un tel processus sur l'émission à haute énergie sont détaillées et permettent, notamment, de rendre compte du spectre des émissions promptes observées. Le problème de la génération des rayons cosmiques ultra-énergétiques au sein des sursauts gamma est résolu d'une autre façon: un mécanisme d'accélération additionnelle, sur les irrégularités magnétiques présentes lors de la phase des chocs internes, est proposé. Celui-ci, assimilable à un processus de Fermi relativiste, est étudié analytiquement et numériquement. Les résultats numériques confirment l'efficacité du scénario envisagé et montrent que les capacités accélératrices des sursauts gamma sont tout à fait suffisantes pour produire une quantité importante de rayons cosmiques ultra-énergétiques. Enfin, une signature de ces rayons cosmiques est mise en évidence: il s'agit d'une émission synchrotron d'origine hadronique autour du GeV qui pourrait être observée.
Gamma-Ray Bursts are known as one of the most energetic phenomena in the Universe. First, observational and theoretical properties of Gamma-Ray Bursts are recalled. They constitute a strong support in studying cosmic ray acceleration in the external shock but also, in the internal shocks. The Fermi acceleration, in the internal shock model, is usually considered with an assumption of a Bohm scaling: the Bohm's conjecture, which is not confirmed by theory or by numerical simulation, leads to unrealistic conclusions in contradiction with observations and the related standard model. Another hypothesis is so studied with a Kolmogorov scaling: although the acceleration process is unable to generate Ultra-High Energy Cosmic Rays (UHECRs), the consequences on high energy emission are detailled and could explain the origine of the prompt emission. The problem of UHECR generation is solved according to an additional relativistic Fermi process operating in the internal shock phase and using MHD disturbances. A numerical simulation confirms the efficiency of a such process: the Gamma-Ray Bursts can produce an important UHECR flux. At last, synchrotron emission from UHECRs could be at the origine of an observable signature around the GeV energy range.
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Dates et versions

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Identifiants

  • HAL Id : tel-01293015 , version 1

Citer

Denis Gialis. Gamma-Ray Bursts and Cosmic Rays. Phénomènes cosmiques de haute energie [astro-ph.HE]. UJF Grenoble-1, 2004. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01293015⟩
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