Diffuse γ-ray emission observed by the Fermi Large Telescope : massive stars, cosmic rays and the census of the interstellar medium in the Galaxy

par Luigi Tibaldo

Thèse de doctorat en Champs, particules, matière

Sous la direction de Isabelle Grenier et de Giovanni Busetto.

Soutenue en 2011

à Paris 7 .

  • Titre traduit

    Emission gamma interstellaire observée par le satellite Fermi Large Area Telescope : étoiles massives, rayonnement cosmique et le recensement du milieu interstellaire dans la Galaxie


  • Résumé

    L'émission gamma diffuse Galactique provient des interactions des rayons cosmiques avec le gaz et le champ de rayonnement de l’énergie dans l'espace interstellaire. Elle représente la composante la plus brillante du ciel gamma de haute énergie, lequel est observé depuis 2008 avec une sensibilité et une résolution angulaire sans précédent par le Large Area Télescope (LAT) à bord du télescope spatial Fermi. L'émission diffuse Galactique ne constitue pas seulement un fond intense et structuré qui doit être modélisé pour étudier les sources individuelles ou les composantes diffuses plus faibles, mais elle peut être utilisée pour sonder l'environnement interstellaire de la Voie Lactée. Des études détaillées des observations gamma du LAT dans des régions spécifiques de la Galaxie locale et externe sont présentées. Les données LAT sont comparées à des traceurs multi longueurs d'onde du milieu interstellaire, dont les raies radio et millimétriques du gaz et l’émission et l'extinction des poussières. Les contraintes apportées par l'émission gamma sur le recensement du gaz interstellaire sont discutées. Le rapport X(CO)=N(H2)/'W/(CO) est déterminé dans plusieurs nuages. L'émission gamma révèle la présence un peu partout d'une phase sombre du gaz interstellaire qui ne brille pas à d'autres longueurs d'onde. D'autre part, l'émissivité trouvée par atome d'hydrogène sert à suivre la distribution des rayons cosmiques dans des endroits éloignés, non accessibles par des mesures directes. Les données LAT révèlent une bulle étendue d'émission gamma dure dans les 100 pc centraux de la région active de formation d'étoiles du Cygne.


  • Résumé

    Galactic diffuse gamma-ray emission is produced by interactions of cosmic rays with interstellar gas and low-energy radiation fields is the brightest component of the high-energy gamma-ray sky, surveyed since 2008 with unprecedented sensitivity and angular resolution by the Large Area Telescope (LAT) on board the Fermi Gamma-ray Space Telescope. Galactic diffuse emission constitutes not on bright and structured background which needs to be modeled in order to study individual sources and fainter diffuse components, but it can be used also as a probe of the interstellar environment of the Milky Way. We present in-depth studies of LAT \g-ray observations of selected regions in the local and outer Galaxy. LAT data are compared v multiwavelength tracers of the interstellar medium, including radio/mm-wave lines of gas and infrared emission/extinction from dust On one hand, we discuss the constraints provided by the gamma-ray data on the census of the interstellar gas. We determine the ratio X(CO)=N(H2)/W(CO) for several clouds and we also find evidence for an ubiquitous dark phase of interstellar gas which does not shine; at other wavelengths. On the other hand, we use the emissivity per hydrogen atom to infer the distribution of cosmic rays in distant locations not accessible by direct measurements. A remarkably hard and extended excess of gamma-rays is detected in the innermost 100 pc of the massive-star forming region in Cygnus.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (226 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 332 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 (2011) 040
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