Propagation of ultrahigh energy cosmic rays in the galaxy and search for their sources

• Auteur / Autrice : Gwenael Giacinti
• Direction : Dmitri Semikov
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnement cosmique

Galaxies -- Champs magnétiques

Physique des hautes énergies

Résumé

Nous présentons l'état des connaissances dans le domaine des rayons cosmiques d'ultra-haute énergie (RCUHE) et des Champs Magnétiques Galactique (CMC) et extragalactiques. Aux plus hautes énergies, la composition des RCUHE est controversée. A l'heure actuelle, aucune source n'a été détectée. Dans le Chapitre 3, nous mettons au point une nouvelle méthode de recherche dans les données de sources de protons ou de noyaux légers d'ultra-haute énergie. Nous testons l'efficacité de cette méthode. Nous arrivons à reconstruire la position des sources détectées avec une bonne précision. Dans le Chapitre 4, nous proposons une nouvelle méthode de détection de sources de noyaux lourds d'ultra-haute énergie. Nous l'appliquons aux 69 événements d'énergies supérieures à 55 EeV publiés par la Collaboration Pierre Auger et détectons un ensemble d'événements pour lequels la source est reconstruite à quelques degrés de l'amas de la Vierge. L'amas de la Vierge est peut-être une source de noyaux. Cette possibilité pourra être testée avec la prochaine génération d'expériences. Dans le Chapitre 5, nous étudions la propagation de noyaux lourds d'énergies supérieures à 55 EeV dans des modèles récents du CMG. Nous montrons que les sources de noyaux lourds d'ultra-haute énergie localisées dans près de la moitié du ciel voient leurs flux amplifiés ou atténués à la Terre de plus d'un facteur trois, du fait d'effets de lentille magnétique dans le CMG. Nous présentons l'existence de "régions aveugles". Nous étudions aussi la possibilité d'"astronomie en RCUHE" pour cette composition et nous prouvons que les RCUHE au-delà de 55 EeV n'ont pas tous été émis par une même source proche comme Cen A.

We present an overview of the knowledge on the fields of ultra-high energy cosmic rays (UHECR) and of extragalactic and Galactic Magnetic Fields (GMF). At the highest energies, the UHECR composition is controversial. Presently, no source has been detected. In Chapter 3, we develop a new method to search in the data for sources of ultra-high energy protons or light nuclei. We test the efficiency of this method. We are able to reconstruct the positions of detected sources with a good precision. In Chapter 4, we propose a new method to detect ultra-high energy heavy nuclei sources. We apply it to the 69 events with energies larger than 55 EeV published by the Pierre Auger Collaboration and detect a set of events for which the reconstructed source lies at a few degrees from the Virgo cluster. The Virgo cluster may be a nuclei source. This possibility can be tested with the next generation of experiments. In Chapter 5, we study the propagation in recent GMF models of heavy nuclei with energies larger than 55 EeV. We show that ultra-high energy heavy nuclei sources located in nearly one half of the sky would have their fluxes magnified or demagnified at Earth by more than a factor 3, due to magnetic lensing effects in the GMF. We present the existence of "blind regions". We also study the possibility of "UHECR astronomy" for such a composition and prove that ail UHECR above 55 EeV cannot have been emitted by a same nearby source, such as Cen A.