Observation and detection of pulsars with the H.E.S.S. gamma telescopes and phenomenology of a new pulsed spectral component reaching 20 TeV
Description
The thesis focuses on the search of gamma rays pulsations coming from pulsars with the H.E.S.S. telescopes. The first section is dedicated to the study of statistical tests of periodicity based on Monte Carlo simulations, in particular with scarce data and/or a small signal to noise ratio. In the second section, these tests are used in the analysis of H.E.S.S. observations of Vela and two other pulsars, PSR B1706- 44 and PSR J1509-5850. The pulsations of Vela exhibit a very hard spectrum and are observed at energies ranging from 3 TeV to beyond 20 TeV. These are the most energetic gamma rays ever detected from a pulsar. It is also the first discovery of a pulsed spectral component in discontinuity with that already known at lower energies (GeV) from pulsars. The pulsar B1706-44 is detected from the ground in the 10-80 GeV range, with an index and a flux compatible with those of the LAT instrument onboard the Fermi satellite. Another pulsar, J1509-5850, shows a hint for a TeV emission but it still needs to be confirmed with further data. In the third part, the phenomenology of the spectral component between 3 and 20 TeV of Vela is studied in detail. After a critical review of two recent models suggesting possible interpretations, we explore another and more recent category of models. These rely on magnetic reconnection in the current sheet for the acceleration and on a Lorentz boost, as opposed to previous models. We demonstrate that it is possible to reproduce our data in this framework where the emission is due to an inverse Compton scattering of thermal photons from the neutron star surface. This discovery opening new horizons, we conclude with the study of the perspectives of the field with the future gamma observatory CTA. (author)
Abstract (French)
La these porte sur la recherche avec le reseau de telescopes H.E.S.S. de pulsations en rayons gamma en provenance de pulsars. Une premiere partie est dediee a l'etude de tests statistiques de periodicite a base de simulations Monte Carlo, notamment dans un regime de basse statistique et/ou de faible rapport signal sur bruit. Dans une deuxieme partie, ces tests sont utilises dans l'analyse des donnees de H.E.S.S. du pulsar de Vela et de deux autres pulsars, PSR B1706-44 et PSR J1509-5850. Les pulsations de Vela ont un spectre tres dur et sont observees aux energies allant de 3 TeV jusqu'au-dela de 20 TeV. Il s'agit des rayons gamma les plus energetiques jamais detectes en provenance d'un pulsar. C'est egalement la premiere decouverte d'une composante spectrale pulsee en discontinuite avec celle deja connue des pulsars a plus basse energie, au GeV. Le pulsar B1706-44 est detecte dans l'intervalle 10-80 GeV depuis le sol, avec un indice et un flux compatibles avec ceux de l'instrument LAT embarque a bord du satellite Fermi. Un autre pulsar, J1509-5850, presente une indication pour une emission au TeV mais celle-ci reste a confirmer avec plus de donnees. Dans une troisieme partie, la phenomenologie de la composante spectrale 3-20 TeV de Vela est etudiee en detail. Une revue critique de deux modeles recents ayant propose une interpretation possible est suivie par un travail de modelisation sur la base d'une autre categorie de modeles plus recente. Celle-ci repose sur l'acceleration par reconnexion magnetique dans la feuille de courant et sur un boost de Lorentz, a contrario des modeles precedents. Nous demontrons qu'il est possible de reproduire nos donnees dans ce cadre ou l'emission est produite par une diffusion Compton inverse sur les photons thermiques provenant de la surface de l'etoile. Cette decouverte ouvrant de nouveaux horizons, nous terminons avec l'etude des perspectives du domaine avec le futur observatoire gamma CTA. (auteur)
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- Original title (French)
- Observation et detection de pulsars avec les telescopes gamma H.E.S.S. et phenomenologie d'une nouvelle composante spectrale pulsee atteignant 20 TeV
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 261 p.
- Report number
- FRNC-TH--12621
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 53029648
- Subject category
- S79: ASTROPHYSICS, COSMOLOGY AND ASTRONOMY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- BLACKBODY RADIATION; CAMERAS; CHERENKOV COUNTERS; COMPTON EFFECT; COSMIC PHOTONS; CRAB NEBULA; ENERGY SPECTRA; FREQUENCY ANALYSIS; IMAGE PROCESSING; MAPPING; MONTE CARLO METHOD; MULTIVARIATE ANALYSIS; PULSARS; PULSES; RELICT RADIATION; SATELLITES; SYNCHROTRON RADIATION; TELESCOPES
- Descriptors DEC
- BOSONS; BREMSSTRAHLUNG; CALCULATION METHODS; COSMIC RADIATION; COSMIC RADIO SOURCES; ELASTIC SCATTERING; ELECTROMAGNETIC INTERACTIONS; ELECTROMAGNETIC RADIATION; ELEMENTARY PARTICLES; FUNDAMENTAL INTERACTIONS; INTERACTIONS; IONIZING RADIATIONS; MASSLESS PARTICLES; MATHEMATICS; MEASURING INSTRUMENTS; MICROWAVE RADIATION; NEBULAE; PHOTONS; PROCESSING; RADIATION DETECTORS; RADIATIONS; SCATTERING; SPECTRA; STATISTICS; SUPERNOVA REMNANTS
Optional Information
- Notes
- 173 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses