Gamma-Ray pulsar physics : gap-model populations and light-curve analyses in the FERMI era

par Marco Pierbattista

Thèse de doctorat en Astronomie et astrophysique

Sous la direction de Isabelle Grenier.

Soutenue en 2010

à Paris 7 .

  • Titre traduit

    Physique des pulsars de rayonnement gamma : modélisation des régions d'émission : étude de populations et analyse des courbes de lumière à l'ère de Fermi


  • Résumé

    Ce travail de thèse a été fait dans le laboratoire AIM/Service d'Astrophysique du Commissariat à l'Energie Atomique, CEA Saclay. Il concerne l'étude du mécanisme d'émission de rayons gamma des pulsars à la lumière des nouvelles observations fournies par le FERMI-LAT gamma-ray space télescope. J'ai synthétiser plusieurs populations de pulsars basées sur les modèles d'émission actuellement disponibles dans le but d'étudier leurs propriétés collectives :dans le contexte des nouvelles données FERMI. J'ai implémenté 4 différents modèles d'émission, PC, SG, OG, OPC, calculés pour une population de 10 millions d'objets distribuée dans la Voie lactée en tenant compte de leurs caractéristiques de naissance, leurs positions, leurs vitesses d'éjection initiale lors de l'explosion de supernova, le champ magnétique, la période et la première dérivée de la période, et optimisés pour reproduire les distributions de la population radio observée. J'ai effectué un ajustement simultané des courbes de lumière observées en gamma et radio d'un échantillon de pulsars détectés par le LAT en utilisant les différents modèles d'émission. Ceci m'a permis d'estimer l'obliquité magnétique α et l'angle de visée de l'observateur ζ. La troisième partie de mon projet de doctorat a concerné l'évaluation des caractéristiques morphologiques des courbes de lumière. Je les ai classées selon des paramètres structurels comme la largeur entre pics et le nombre de maxima et minima présents dans la courbe de lumière. Cette classification a produit l'histogramme des formes les plus fréquentes dans l'échantillon visible pour chaque modèle. La comparaison avec les détections du LAT aide à contraindre la magnétosphère du pulsar et sa disposition et, conjointement avec la séparation entre pics et l'étude du décalage radio, elle aidera à comprendre la nature de la configuration du champ magnétique du pulsar.


  • Résumé

    This thesis research focuses on the study of the young and energetic isolated ordinary pulsar population detected by the Fermi gamma-ray space telescope. We compared the model expectations of four emission models and the LAT data. We found that all the models fail to reproduce the LAT detections, in particular the large number of high E objects observed. This inconsistency is not model dependent. A discrepancy between the radio-loud/radio-quiet objects ratio was also found between the observed and predicted samples. The LY ∝ E to the 0. 5 relation is robustly confirmed by all the assumed models with particular agreement in the slot gap (SG) case. On luminosity bases, the intermediate altitude emission of the two pole caustic SG model is favoured. The beaming factor f Ω shows an E dependency that is slightly visible in the SG case. Estimates of the pulsar orientations have been obtained to explain the simultaneous gamma and radio light-curves. By analysing the solutions we found a relation between the observed energy cutoff and the width of the emission slot gap. This relation has been theoretically predicted. A possible magnetic obliquity a alignment with time is rejected -for all the models- on timescale of the order of 10₆years. The light-curve morphology study shows that the outer magnetosphere gap emission (OGs) are favoured to explain the observed radio-gamma lag. The light curve moment studies (symmetry and sharpness) on the contrary favour a two pole caustic SG emission. All the model predictions suggest a different magnetic field layout with an hybrid two pole caustic and intermediate altitude emission to explain both the pulsar luminosity and light curve morphology. The low magnetosphere emission mechanism of the polar cap model, is systematically rejected by all the tests done.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (II-299 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 81 réf.

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  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2010) 252

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  • Bibliothèque : Observatoire de Paris (Section de Meudon). Bibliothèque.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : MMf-T745
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